数据结构与算法(Python)——常见数据结构Part1(数组和链表)

本文详细介绍了Python中的数组和链表,包括数组的特性、Python中list的实现,以及链表的不同类型和特性。数组提供O(1)的访问速度,但插入和删除元素可能需要O(n)的时间复杂度;链表虽然插入和删除操作更快,但不支持随机访问。Python的list实际上是一种动态数组,不是链表实现。

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写在前面

本节对常见数据结构做一个预览,我们的目的是快速了解他们,对于它们涉及到的复杂的数据结构和算法,在这里并不全部展开,留在后期详述。

1.数组

数组是我们要学习的第一个线性结构(Linear structure),所谓线性结构,指的是在数据有限集合中,每个数据元素都有一个确定的位置,例如 a0 a 0 是第一个元素, an1 a n − 1 是最后一个元素, ai a i 是第i个元素;元素之间相邻,例如 ai a i 前驱为 a

### 关于湖南工学院数据结构课程的信息 #### 课程概述 数据结构作为计算机科学的核心基础课程,在培养学生的算法思维编程能力方面起着至关重要的作用。该课程旨在帮助学生掌握不同类型的数据组织方式及其相应的处理方法,从而能够有效地解决复杂的计算问题。 #### 教学大纲 根据一般高校的教学安排,数据结构课程通常会覆盖以下几个主要内容: - **基本概念**:介绍什么是数据结构以及其重要性;解释线性非线性的区别。 - **数组链表**:探讨静态分配内存的方式——数组,动态管理存储空间的技术——单向/双向循环链表等。 - **栈队列**:研究先进先出(FIFO) 后进先出(LIFO) 的抽象数据类型实现机制。 - **树形结构**:深入理解二叉树、平衡查找树(BSTs),红黑树(RBTrees), AVL Trees, B-Trees 等高级主题。 - **图论基础**:学习顶点(vertex)/边(edge)表示法,连通分量检测,最短路径寻找等问题求解技巧。 - **哈希表**:探索散列表(hash table)的工作原理及时空复杂度特性[^1]。 #### 推荐参考书目 对于希望进一步深入了解这门学科的学生来说,可以考虑阅读以下几本书籍来辅助课堂学习: - *《Introduction to Algorithms》* by Thomas H. Cormen et al. 这本书被广泛认为是关于算法设计的经典之作,它不仅涵盖了各种常见数据结构形式,而且提供了详尽的性能分析案例。 - *《Data Structures and Algorithm Analysis in C++ (Fourth Edition)》* by Mark Allen Weiss 此版本特别适合那些已经具备一定C++ 编程经验的学习者,书中通过丰富的实例演示了如何运用面向对象的思想构建高效能的应用程序。 - *《Algorithms, Part I & II》* by Robert Sedgewick and Kevin Wayne 这两部作品由Coursera平台上的同名公开课改编而成,它们以视频讲座配合练习的形式呈现给读者,非常适合自学使用[^2]。 #### 实验指导建议 为了巩固理论知识并提高实践动手能力,教师可能会布置一系列实验项目让学生完成。这些活动可能包括但不限于: - 设计简单的命令行界面应用程序,用于展示不同种类容器类的功能差异; - 使用图形化开发环境创建可视化组件,直观感受堆排序过程中的元素交换现象; - 构建小型数据库管理系统原型,体验索引建立对查询效率的影响程度; - 开发社交网络模拟器,测试广度优先搜索算法在大规模无向图上运行的表现效果。 ```python class Node: def __init__(self, value=None): self.value = value self.left_child = None self.right_child = None def insert(root, key): if root is None: return Node(key) elif key < root.value: root.left_child = insert(root.left_child, key) else: root.right_child = insert(root.right_child, key) return root # Example usage of binary search tree insertion function root = None keys = [50, 30, 70, 20, 40, 60] for k in keys: root = insert(root, k) print("Binary Search Tree constructed.") ```
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