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of array and linked list.
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krahets 2022-11-25 03:59:38 +08:00
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@ -20,12 +20,12 @@ class MyList {
nums = new int[initialCapacity];
}
/* 获取列表容量 */
/* 获取列表长度(即当前元素数量)*/
public int size() {
return size;
}
/* 获取列表长度(即当前元素数量) */
/* 获取列表容量 */
public int capacity() {
return nums.length;
}

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@ -0,0 +1,89 @@
'''
File: array.py
Created Time: 2022-11-25
Author: Krahets (krahets@163.com)
'''
import sys, os.path as osp
sys.path.append(osp.dirname(osp.dirname(osp.abspath(__file__))))
from include import *
""" 随机访问元素 """
def randomAccess(nums):
# 在区间 [0, len(nums)) 中随机抽取一个数字
random_index = random.randint(0, len(nums))
# 获取并返回随机元素
random_num = nums[random_index]
return random_num
""" 扩展数组长度 """
def extend(nums, enlarge):
# 初始化一个扩展长度后的数组
res = [0] * (len(nums) + enlarge)
# 将原数组中的所有元素复制到新数组
for i in range(len(nums)):
res[i] = nums[i]
# 返回扩展后的新数组
return res
""" 在数组的索引 index 处插入元素 num """
def insert(nums, num, index):
# 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
for i in range(len(nums) - 1, index - 1, -1):
nums[i] = nums[i - 1]
# 将 num 赋给 index 处元素
nums[index] = num
""" 删除索引 index 处元素 """
def remove(nums, index):
# 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
for i in range(index, len(nums) - 1):
nums[i] = nums[i + 1]
""" 遍历数组 """
def traverse(nums):
count = 0
# 通过索引遍历数组
for i in range(len(nums)):
count += 1
# 直接遍历数组
for num in nums:
count += 1
""" 在数组中查找指定元素 """
def find(nums, target):
for i in range(len(nums)):
if nums[i] == target:
return i
return -1
""" Driver Code """
if __name__ == "__main__":
""" 初始化数组 """
arr = [0] * 5
print("数组 arr =", arr)
nums = [1, 3, 2, 5, 4]
print("数组 nums =", nums)
""" 随机访问 """
random_num = randomAccess(nums)
print("在 nums 中获取随机元素", random_num)
""" 长度扩展 """
nums = extend(nums, 3)
print("将数组长度扩展至 8 ,得到 nums =", nums)
""" 插入元素 """
insert(nums, 6, 3)
print("在索引 3 处插入数字 6 ,得到 nums =", nums)
""" 删除元素 """
remove(nums, 2)
print("删除索引 2 处的元素,得到 nums =", nums)
""" 遍历数组 """
traverse(nums)
""" 查找元素 """
index = find(nums, 3)
print("在 nums 中查找元素 3 ,得到索引 =", index)

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@ -8,3 +8,72 @@ import sys, os.path as osp
sys.path.append(osp.dirname(osp.dirname(osp.abspath(__file__))))
from include import *
""" 在链表的结点 n0 之后插入结点 P """
def insert(n0, P):
n1 = n0.next
n0.next = P
P.next = n1
""" 删除链表的结点 n0 之后的首个结点 """
def remove(n0):
if not n0.next:
return
# n0 -> P -> n1
P = n0.next
n1 = P.next
n0.next = n1
""" 访问链表中索引为 index 的结点 """
def access(head, index):
for _ in range(index):
head = head.next
if not head:
return None
return head
""" 在链表中查找值为 target 的首个结点 """
def find(head, target):
index = 0
while head:
if head.val == target:
return index
head = head.next
index += 1
return -1
"""
Driver Code
"""
if __name__ == "__main__":
""" 初始化链表 """
# 初始化各个结点
n0 = ListNode(1)
n1 = ListNode(3)
n2 = ListNode(2)
n3 = ListNode(5)
n4 = ListNode(4)
# 构建引用指向
n0.next = n1
n1.next = n2
n2.next = n3
n3.next = n4
print("初始化的链表为")
print_linked_list(n0)
""" 插入结点 """
insert(n0, ListNode(0))
print("插入结点后的链表为")
print_linked_list(n0)
""" 删除结点 """
remove(n0)
print("删除结点后的链表为")
print_linked_list(n0)
""" 访问结点 """
node = access(n0, 3)
print("链表中索引 3 处的结点的值 = {}".format(node.val))
""" 查找结点 """
index = find(n0, 2)
print("链表中值为 2 的结点的索引 = {}".format(index))

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@ -8,3 +8,57 @@ import sys, os.path as osp
sys.path.append(osp.dirname(osp.dirname(osp.abspath(__file__))))
from include import *
"""
Driver Code
"""
if __name__ == "__main__":
""" 初始化列表 """
list = [1, 3, 2, 5, 4]
print("列表 list =", list)
""" 访问元素 """
num = list[1]
print("访问索引 1 处的元素,得到 num =", num)
""" 更新元素 """
list[1] = 0
print("将索引 1 处的元素更新为 0 ,得到 list =", list)
""" 清空列表 """
list.clear()
print("清空列表后 list =", list)
""" 尾部添加元素 """
list.append(1)
list.append(3)
list.append(2)
list.append(5)
list.append(4)
print("添加元素后 list = ", list)
""" 中间插入元素 """
list.insert(3, 6)
print("在索引 3 处插入数字 6 ,得到 list =", list)
""" 删除元素 """
list.pop(3)
print("删除索引 3 处的元素,得到 list =", list)
""" 通过索引遍历列表 """
count = 0
for i in range(len(list)):
count += 1
""" 直接遍历列表元素 """
count = 0
for n in list:
count += 1
""" 拼接两个列表 """
list1 = [6, 8, 7, 10, 9]
list += list1
print("将列表 list1 拼接到 list 之后,得到 list =", list)
""" 排序列表 """
list.sort()
print("排序列表后 list =", list)

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@ -8,3 +8,103 @@ import sys, os.path as osp
sys.path.append(osp.dirname(osp.dirname(osp.abspath(__file__))))
from include import *
""" 列表类简易实现 """
class MyList:
""" 构造函数 """
def __init__(self):
self._initial_capacity = 10 # 列表初始容量
self._nums = [0] * self._initial_capacity # 数组(存储列表元素)
self._size = 0 # 列表长度(即当前元素数量)
self._extend_ratio = 2 # 每次列表扩容的倍数
""" 获取列表长度(即当前元素数量) """
def size(self):
return self._size
""" 获取列表容量 """
def capacity(self):
return len(self._nums)
""" 访问元素 """
def get(self, index):
# 索引如果越界则抛出异常,下同
assert index < self._size, "索引越界"
return self._nums[index]
""" 更新元素 """
def set(self, num, index):
assert index < self._size, "索引越界"
self._nums[index] = num
""" 中间插入元素 """
def add(self, num, index=-1):
assert index < self._size, "索引越界"
if index == -1:
index = self._size
# 元素数量超出容量时,触发扩容机制
if self._size == self.capacity():
self.extend_capacity()
# 索引 i 以及之后的元素都向后移动一位
for j in range(self._size - 1, index - 1, -1):
self._nums[j + 1] = self._nums[j]
self._nums[index] = num
# 更新元素数量
self._size += 1
""" 删除元素 """
def remove(self, index):
assert index < self._size, "索引越界"
# 索引 i 之后的元素都向前移动一位
for j in range(index, self._size - 1):
self._nums[j] = self._nums[j + 1]
# 更新元素数量
self._size -= 1
""" 列表扩容 """
def extend_capacity(self):
# 新建一个长度为 self._size 的数组,并将原数组拷贝到新数组
self._nums = self._nums + [0] * self.capacity() * (self._extend_ratio - 1)
""" 返回有效长度的列表 """
def to_array(self):
return self._nums[:self._size]
"""
Driver Code
"""
if __name__ == "__main__":
""" 初始化列表 """
list = MyList()
""" 尾部添加元素 """
list.add(1)
list.add(3)
list.add(2)
list.add(5)
list.add(4)
print("列表 list = {} ,容量 = {} ,长度 = {}"
.format(list.to_array(), list.capacity(), list.size()))
""" 中间插入元素 """
list.add(num=6, index=3)
print("在索引 3 处插入数字 6 ,得到 list =", list.to_array())
""" 删除元素 """
list.remove(3)
print("删除索引 3 处的元素,得到 list =", list.to_array())
""" 访问元素 """
num = list.get(1)
print("访问索引 1 处的元素,得到 num =", num)
""" 更新元素 """
list.set(0, 1)
print("将索引 1 处的元素更新为 0 ,得到 list =", list.to_array())
""" 测试扩容机制 """
for i in range(10):
# 在 i = 5 时,列表长度将超出列表容量,此时触发扩容机制
list.add(i)
print("扩容后的列表 list = {} ,容量 = {} ,长度 = {}"
.format(list.to_array(), list.capacity(), list.size()))

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@ -33,7 +33,9 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="array.py"
""" 初始化数组 """
arr = [0] * 5 # [ 0, 0, 0, 0, 0 ]
nums = [1, 3, 2, 5, 4]
```
## 数组优点
@ -74,7 +76,13 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
=== "Python"
```python title="array.py"
""" 随机访问元素 """
def randomAccess(nums):
# 在区间 [0, len(nums)) 中随机抽取一个数字
random_index = random.randint(0, len(nums))
# 获取并返回随机元素
random_num = nums[random_index]
return random_num
```
## 数组缺点
@ -106,7 +114,15 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
=== "Python"
```python title="array.py"
""" 扩展数组长度 """
def extend(nums, enlarge):
# 初始化一个扩展长度后的数组
res = [0] * (len(nums) + enlarge)
# 将原数组中的所有元素复制到新数组
for i in range(len(nums)):
res[i] = nums[i]
# 返回扩展后的新数组
return res
```
**数组中插入或删除元素效率低下。** 假设我们想要在数组中间某位置插入一个元素,由于数组元素在内存中是 “紧挨着的” ,它们之间没有空间再放任何数据。因此,我们不得不将此索引之后的所有元素都向后移动一位,然后再把元素赋值给该索引。删除元素也是类似,需要把此索引之后的元素都向前移动一位。总体看有以下缺点:
@ -150,7 +166,19 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
=== "Python"
```python title="array.py"
""" 在数组的索引 index 处插入元素 num """
def insert(nums, num, index):
# 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
for i in range(len(nums) - 1, index - 1, -1):
nums[i] = nums[i - 1]
# 将 num 赋给 index 处元素
nums[index] = num
""" 删除索引 index 处元素 """
def remove(nums, index):
# 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
for i in range(index, len(nums) - 1):
nums[i] = nums[i + 1]
```
## 数组常用操作
@ -183,7 +211,15 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
=== "Python"
```python title="array.py"
""" 遍历数组 """
def traverse(nums):
count = 0
# 通过索引遍历数组
for i in range(len(nums)):
count += 1
# 直接遍历数组
for num in nums:
count += 1
```
**数组查找。** 通过遍历数组,查找数组内的指定元素,并输出对应索引。
@ -210,7 +246,12 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
=== "Python"
```python title="array.py"
""" 在数组中查找指定元素 """
def find(nums, target):
for i in range(len(nums)):
if nums[i] == target:
return i
return -1
```
## 数组典型应用

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@ -77,7 +77,18 @@ comments: true
=== "Python"
```python title=""
""" 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 """
# 初始化各个结点
n0 = ListNode(1)
n1 = ListNode(3)
n2 = ListNode(2)
n3 = ListNode(5)
n4 = ListNode(4)
# 构建引用指向
n0.next = n1
n1.next = n2
n2.next = n3
n3.next = n4
```
## 链表优点
@ -118,7 +129,20 @@ comments: true
=== "Python"
```python title=""
""" 在链表的结点 n0 之后插入结点 P """
def insert(n0, P):
n1 = n0.next
n0.next = P
P.next = n1
""" 删除链表的结点 n0 之后的首个结点 """
def remove(n0):
if not n0.next:
return
# n0 -> P -> n1
P = n0.next
n1 = P.next
n0.next = n1
```
## 链表缺点
@ -148,7 +172,13 @@ comments: true
=== "Python"
```python title=""
""" 访问链表中索引为 index 的结点 """
def access(head, index):
for _ in range(index):
head = head.next
if not head:
return None
return head
```
**链表的内存占用多。** 链表以结点为单位,每个结点除了保存值外,还需额外保存指针(引用)。这意味着同样数据量下,链表比数组需要占用更多内存空间。
@ -182,7 +212,15 @@ comments: true
=== "Python"
```python title=""
""" 在链表中查找值为 target 的首个结点 """
def find(head, target):
index = 0
while head:
if head.val == target:
return index
head = head.next
index += 1
return -1
```
## 常见链表类型
@ -214,7 +252,12 @@ comments: true
=== "Python"
```python title=""
""" 双向链表结点类 """
class ListNode:
def __init__(self, x):
self.val = x # 结点值
self.next = None # 指向后继结点的指针(引用)
self.prev = None # 指向前驱结点的指针(引用)
```
![linkedlist_common_types](linked_list.assets/linkedlist_common_types.png)

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@ -30,7 +30,8 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="list.py"
""" 初始化列表 """
list = [1, 3, 2, 5, 4]
```
**访问与更新元素。** 列表的底层数据结构是数组,因此可以在 $O(1)$ 时间内访问与更新元素,效率很高。
@ -54,7 +55,11 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="list.py"
""" 访问元素 """
num = list[1] # 访问索引 1 处的元素
""" 更新元素 """
list[1] = 0 # 将索引 1 处的元素更新为 0
```
**在列表中添加、插入、删除元素。** 相对于数组,列表可以自由地添加与删除元素。在列表尾部添加元素的时间复杂度为 $O(1)$ ,但是插入与删除元素的效率仍与数组一样低,时间复杂度为 $O(N)$ 。
@ -88,7 +93,21 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="list.py"
""" 清空列表 """
list.clear()
""" 尾部添加元素 """
list.append(1)
list.append(3)
list.append(2)
list.append(5)
list.append(4)
""" 中间插入元素 """
list.insert(3, 6) # 在索引 3 处插入数字 6
""" 删除元素 """
list.pop(3) # 删除索引 3 处的元素
```
**遍历列表。** 与数组一样,列表可以使用索引遍历,也可以使用 `for-each` 直接遍历。
@ -118,7 +137,15 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="list.py"
""" 通过索引遍历列表 """
count = 0
for i in range(len(list)):
count += 1
""" 直接遍历列表元素 """
count = 0
for n in list:
count += 1
```
**拼接两个列表。** 再创建一个新列表 `list1` ,我们可以将其中一个列表拼接到另一个的尾部。
@ -140,7 +167,9 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="list.py"
""" 拼接两个列表 """
list1 = [6, 8, 7, 10, 9]
list += list1 # 将列表 list1 拼接到 list 之后
```
**排序列表。** 排序也是常用的方法之一,完成列表排序后,我们就可以使用在数组类算法题中经常考察的「二分查找」和「双指针」算法了。
@ -161,7 +190,8 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="list.py"
""" 排序列表 """
list.sort() # 排序后,列表元素从小到大排列
```
## 列表简易实现 *
@ -189,12 +219,12 @@ comments: true
nums = new int[initialCapacity];
}
/* 获取列表容量 */
/* 获取列表长度(即当前元素数量)*/
public int size() {
return size;
}
/* 获取列表长度(即当前元素数量) */
/* 获取列表容量 */
public int capacity() {
return nums.length;
}
@ -269,5 +299,60 @@ comments: true
=== "Python"
```python title="my_list.py"
""" 列表类简易实现 """
class MyList:
""" 构造函数 """
def __init__(self):
self._initial_capacity = 10 # 列表初始容量
self._nums = [0] * self._initial_capacity # 数组(存储列表元素)
self._size = 0 # 列表长度(即当前元素数量)
self._extend_ratio = 2 # 每次列表扩容的倍数
""" 获取列表长度(即当前元素数量) """
def size(self):
return self._size
""" 获取列表容量 """
def capacity(self):
return len(self._nums)
""" 访问元素 """
def get(self, index):
# 索引如果越界则抛出异常,下同
assert index < self._size, "索引越界"
return self._nums[index]
""" 更新元素 """
def set(self, num, index):
assert index < self._size, "索引越界"
self._nums[index] = num
""" 中间插入元素 """
def add(self, num, index=-1):
assert index < self._size, "索引越界"
if index == -1:
index = self._size
# 元素数量超出容量时,触发扩容机制
if self._size == self.capacity():
self.extend_capacity()
# 索引 i 以及之后的元素都向后移动一位
for j in range(self._size - 1, index - 1, -1):
self._nums[j + 1] = self._nums[j]
self._nums[index] = num
# 更新元素数量
self._size += 1
""" 删除元素 """
def remove(self, index):
assert index < self._size, "索引越界"
# 索引 i 之后的元素都向前移动一位
for j in range(index, self._size - 1):
self._nums[j] = self._nums[j + 1]
# 更新元素数量
self._size -= 1
""" 列表扩容 """
def extend_capacity(self):
# 新建一个长度为 self._size 的数组,并将原数组拷贝到新数组
self._nums = self._nums + [0] * self.capacity() * (self._extend_ratio - 1)
```