Python代码片段数据结构大全：高效存储和管理数据，提升代码效率

# 1. 数据结构基础**

数据结构是用于组织和存储数据的抽象概念。它决定了数据在计算机内存中的布局和访问方式，对程序的效率和性能至关重要。数据结构的基础知识包括：

* **数据类型：**基本数据类型（如整数、浮点数、字符）和复合数据类型（如数组、结构体）。
* **抽象数据类型（ADT）：**定义数据类型及其操作的接口，而无需指定具体的实现方式。
* **时间复杂度：**衡量算法或数据结构在不同输入规模下的执行效率。
* **空间复杂度：**衡量算法或数据结构在不同输入规模下占用的内存空间。

# 2. 线性数据结构

线性数据结构是一种数据结构，其中元素按顺序排列，每个元素都指向下一个元素。线性数据结构的常见类型包括链表、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动态分配的内存块中。每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。

#### 2.1.1 单链表

单链表是一种链表，其中每个节点只指向下一个节点。

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None

    def insert_at_beginning(self, data):
        new_node = Node(data)
        new_node.next = self.head
        self.head = new_node

    def insert_at_end(self, data):
        new_node = Node(data)
        if self.head is None:
            self.head = new_node
        else:
            current_node = self.head
            while current_node.next is not None:
                current_node = current_node.next
            current_node.next = new_node

**代码逻辑分析：**

* `Node` 类定义了一个节点，其中包含数据和指向下一个节点的指针。
* `LinkedList` 类定义了一个链表，其中包含一个指向头节点的指针。
* `insert_at_beginning` 方法在链表的开头插入一个新节点。
* `insert_at_end` 方法在链表的末尾插入一个新节点。

#### 2.1.2 双链表

双链表是一种链表，其中每个节点指向下一个节点和前一个节点。

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)
        if self.head is None:
            self.head = new_node
            self.tail = new_node
        else:
            new_node.next = self.head
            self.head.prev = 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
        else:
            self.tail.next = new_node
            new_node.prev = self.tail
            self.tail = new_node

**代码逻辑分析：**

* `Node` 类定义了一个节点，其中包含数据、指向下一个节点的指针和指向前一个节点的指针。
* `DoublyLinkedList` 类定义了一个双链表，其中包含指向头节点和尾节点的指针。
* `insert_at_beginning` 方法在链表的开头插入一个新节点。
* `insert_at_end` 方法在链表的末尾插入一个新节点。

### 2.2 栈

栈是一种线性数据结构，其中元素按后进先出 (LIFO) 的顺序排列。栈的常见实现是顺序栈和链表栈。

#### 2.2.1 顺序栈

顺序栈是一种栈，其中元素存储在连续的内存块中。

class Stack:
    def __init__(self, size):
        self.size = size
        self.stack = [None] * size
        self.top = -1

    def push(self, data):
        if self.top == self.size - 1:
            print("Stack Overflow")
        else:
            self.top += 1
            self.stack[self.top] = data

    def pop(self):
        if self.top == -1:
            print("Stack Underflow")
        else:
            data = self.stack[self.top]
            self.top -= 1
            return data

**代码逻辑分析：**

* `Stack` 类定义了一个顺序栈，其中包含一个指向栈顶元素的指针和一个存储栈元素的列表。
* `push` 方法将一个元素压入栈中。
* `pop` 方法将栈顶元素弹出栈中。

#### 2.2.2 链表栈

链表栈是一种栈，其中元素存储在链表中。

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

class Stack:
    def __init__(self):
        self.top = None

    def push(self, data):
        new_node = Node(data)
        new_node.next = self.top
        self.top = new_node

    def pop(self):
        if self.top is None:
            print("Stack Underflow")
        else:
            data = self.top.data
            self.top = self.top.next
            return data

**代码逻辑分析：**

* `Node` 类定义了一个节点，其中包含数据和指向下一个节点的指针。
* `Stack` 类定义了一个链表栈，其中包含一个指向栈顶元素的指针。
* `push` 方法将一个元素压入栈中。
* `pop` 方法将栈顶元素弹出栈中。

### 2.3 队列

队列是一种线性数据结构，其中元素按先进先出 (FIFO) 的顺序排列。队列的常见实现是顺序队列和循环队列。

#### 2.3.1 顺序队列

顺序队列是一种队列，其中元素存储在连续的内存块中。

class Queue:
    def __init__(self, size):
        self.size = size
        self.queue = [None] * size
        self.front = 0
        self.rear = 0

    def enqueue(self, data):
        if (self.rear + 1) % self.size == self.front:
            print("Queue Overflow")
        else:
            self.queue[self.rear] = data
            self.rear = (self.rear + 1) % self.size

    def dequeue(self):
        if sel