python算法与数据结构——顺序表、链表、队列、栈

数据结构——内存

内存以一个字节为基本单位，一个字节8位，一个字节的8位整体有一个地址标识，一个整形数据占4个字节，在内存中，1存储方式是【00000000 00000000 00000000 00000001】，对于一个连续的顺序表，其中存放的连个连续数字，他们的物理地址相差4而不是1

(一)顺序表

顺序表的基本形式：逻辑地址从0开始，步长为1逐渐增加，如果第一个元素的物理地址是L₀，那么第i个元素的物理地址是L₀+ic，
顺序表的扩充和替换：
元素扩充有两种情况，一种是增加固定的数目，这种方式节省空间，但是如果扩充的次数多，那么操作的次数也会增加。另一种是加倍，浪费孔空间，但是节省时间

（二）链表

链表相对于顺序表的显著优点是：数据增加需要扩充空间时，不需要开辟新的空间，元素不是连续存放的，不需要在最开始预留空间，节省空间，
　　链表是由一个一个节点链接而成的，链表和顺序表都属于线性表

2.1 单（向）链表

单链表是指每个节点包含元素区和链接区（指针区），地址区保存了下一个节点的地址，也就是说当前节点的指针区指针指向下一个元素。
　　头节点只包含指针区，指向第一个元素（节点），最后一个节点（尾节点）的指针区指向空（None）
　　单链表的操作：
　　 　　判断是否为空（is_empty）　给出链表长度(length)　遍历链表(travel)　头部添加元素(add(item))　尾部添加元素(append(item))　指定位置添加元素(insert(,pos,item))　删除节点(remove(item))　查找节点是否存在(search(item))
　　 单链表相对于顺序表：
　　 其优点在于，不需要连续内存，适应于需要大量连续存储空间的数据，但是每一个节点所占的内存大，因为还要额外存储下一个节点的地址

2.2 双向链表

双向链表的每一个节点有三个区：前驱区、数据区、后继区，

写代码的时候要特别注意，删除指定元素的函数

def remove(self,item):
        if self.is_empty():
            return
        else:
            cur=self.__head
            while cur!=None:
                if cur.elem==item:
                    if cur==self.__head:
                    '''删除的节点是头结点的情况'''
                        self.__head=cur.next
                        if cur.next:
                        '''后面还有节点的情况下，由于第一个节点不用指向头结点'''
                            cur.next.prev=None
                    else:
                    '''删除的元素不是头结点的情况'''
                        cur.prev.next=cur.next
                        if cur.next:
                        '''节点后面还有节点的情况'''
                            cur.next.prev=cur.prev
                    break
                cur=cur.next

2.3 单向循环链表

单项循环链表与单向链表大致相同，不同点在于，尾节点指向第一个节点，同时只有链接区的头结点也指向第一个节点

注意代码中，节点的类与单项链表的节点相同，但是构造的单项循环链表类的构造函数不同，

def __init__(self,node=None):
        self.__head=node
        if node:
            node.next=node

而单向链表的构造函数是：

def __init__(self，node=None):
        self.__head=None

（三）栈(stack)

栈是一种储存数据的容器，可以存入数据、访问元素、删除元素、
　　特点：只能允许在容器的一端（栈顶，top）进行加入数据（压栈，push）和输出数据（pop），按照先进后出（last in first out）的原理运作。
　　顺序表和链表所解决的是数据怎么存放的问题，而栈这种数据结构描述的是怎么操作。
　　栈应包含的函数有【创建一个新的栈 stack()】【添加一个元素到栈顶/压栈/入栈push(item)】【弹出栈顶元素/出栈pop()】【返回栈顶元素peek()】【判断栈是否为空is_empty()】【返回栈的元素个数size()】
　　实现栈可以用顺序表（ｌｉｓｔ）也可以用链表，列表相对简单

（四）队列（ｑｕｅｕｅ）

队列这种数据结构是只允许在一端进行插入操作，在另一端进行删除操作的线性表，按照先进先出的原则运行。
　　队列要实现的函数有：【创建一个空队列】【向队列中添加一个元素】【从队头删除一个元素】【判断队列是否为空】【返回队列的大小】
如果使用列表：尾部添加的时间复杂度为O（1），而头部删除元素的时间复杂度为O（n）,如果在头部添加，时间复杂度为O（n）,在尾部删除的时间复杂度为O（1）
所以选取从尾部添加还是从头部添加，取决于删除元素的次数多还是添加元素较为频繁

双端队列

元素可以从两端进入队列或离开队列的情况，相当于两个栈底部合并
要实现的操作：
　　【创建一个空的双端队列】【从队头加入一个元素】【从队尾加入一个元素】【从队头弹出一个元素】【从队尾弹出一个元素】【判断双端队列是否为空】【返回队列的大小】

补充：python中的变量a=10，这里的a不是一个简单的变量名，而是一个地址，这个地址指向另一个地址，这个地址保存的是10.