Python数据结构与算法精要:高效数据处理的利器
发布时间: 2024-06-18 07:33:54 阅读量: 6 订阅数: 11
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# 1. Python数据结构概述**
Python数据结构是组织和存储数据的有效方式,它提供了多种数据类型,包括列表、元组、字典和集合。这些数据结构具有不同的特性和用途,例如:
* **列表:**有序的可变序列,可存储不同类型的数据。
* **元组:**有序的不可变序列,用于存储不可更改的数据。
* **字典:**无序的键值对集合,用于快速查找和检索数据。
* **集合:**无序且不重复的元素集合,用于快速查找和删除元素。
# 2. 线性数据结构
线性数据结构是一种数据结构,其中元素按线性顺序排列,每个元素都与前一个元素和后一个元素相连。线性数据结构包括链表、栈和队列。
### 2.1 链表
链表是一种线性数据结构,其中元素存储在称为节点的独立内存块中。每个节点包含一个数据项和指向下一个节点的指针。链表的第一个节点称为头节点,最后一个节点称为尾节点。
#### 2.1.1 单链表
单链表是最简单的链表类型。它由一个头节点和一个尾节点组成,每个节点包含一个数据项和指向下一个节点的指针。单链表的插入和删除操作都很简单,但查找操作需要遍历整个链表。
```python
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data
self.next = None
class LinkedList:
def __init__(self):
self.head = None
self.tail = None
def insert_at_beginning(self, data):
new_node = Node(data)
new_node.next = self.head
self.head = new_node
if self.tail is None:
self.tail = new_node
def insert_at_end(self, data):
new_node = Node(data)
if self.tail is None:
self.head = new_node
self.tail = new_node
else:
self.tail.next = new_node
self.tail = new_node
def insert_after_node(self, node, data):
if node is None:
return
new_node = Node(data)
new_node.next = node.next
node.next = new_node
if node == self.tail:
self.tail = new_node
```
#### 2.1.2 双链表
双链表是一种链表类型,其中每个节点包含两个指针,一个指向下一个节点,另一个指向前一个节点。双链表的插入和删除操作比单链表更复杂,但查找操作更简单。
```python
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data
self.next = None
self.prev = None
class DoublyLinkedList:
def __init__(self):
self.head = None
self.tail = None
def insert_at_beginning(self, data):
new_node = Node(data)
new_node.next = self.head
if self.head is not None:
self.head.prev = new_node
self.head = new_node
if self.tail is None:
self.tail = new_node
def insert_at_end(self, data):
new_node = Node(data)
if self.tail is None:
self.head = new_node
self.tail = new_node
else:
self.tail.next = new_node
new_node.prev = self.tail
self.tail = new_node
def insert_after_node(self, node, data):
if node is None:
return
new_node = Node(data)
new_node.next = node.next
if node.next is not None:
node.next.prev = new_node
node.next = new_node
new_node.prev = node
if node == self.tail:
self.tail = new_node
```
#### 2.1.3 循环链表
循环链表是一种链表类型,其中最后一个节点指向第一个节点,形成一个环。循环链表的插入和删除操作与单链表类似,但查找操作需要遍历整个链表。
```python
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data
self.next = None
class CircularLinkedList:
def __init__(self):
self.head = None
self.tail = None
def insert_at_beginning(self, data):
new_node = Node(data)
if self.head is None:
self.head = new_node
self.tail = new_node
new_node.next = self.head
else:
new_node.next = self.head
self.tail.next = new_node
self.head = new_node
def insert_at_end(self, data):
new_node = Node(data)
if self.head is None:
self.head = new_node
self.tail = new_node
new_node.next = self.head
else:
new_node.next = self.head
self.tail.next = new_node
self.tail = new_node
def insert_after_node(self, node, data):
if node is None:
return
new_node = Node(data)
new_node.next = node.next
node.next = new_node
if node == self.tail:
self.tail = new_node
```
### 2.2 栈和队列
栈和队列都是线性数据结构,但它们遵循不同的操作规则。
#### 2.2.1 栈的实现和应用
栈是一种后进先出(LIFO)数据结构。它遵循以下规则:
* 只能从栈顶添加或删除元素。
* 栈顶的元素是最近添加的元素。
栈的常见应用包括:
* 函数调用
* 表达式求值
* 递归
```python
class Stack:
def __init__(self):
self.items = []
def push(self, item):
self.items.append(item)
def pop(self):
if len(self.items) > 0:
return self.items.pop()
else:
return None
```
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