数据结构（Python）

目录

[1. 数组（Array）](#1. 数组（Array）)

[2. 链表（Linked List）](#2. 链表（Linked List）)

[3. 栈（Stack）](#3. 栈（Stack）)

[4. 队列（Queue）](#4. 队列（Queue）)

[5. 哈希表（Hash Table）](#5. 哈希表（Hash Table）)

[6. 树（Tree）](#6. 树（Tree）)

[7. 图（Graph）](#7. 图（Graph）)

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1. 数组（Array）

• 特点：连续的内存空间，支持快速随机访问。
• 适用场景：需要频繁读取数据，但对插入、删除操作要求不高。

示例：使用列表实现数组

# 定义一个数组
array = [10, 20, 30, 40]

# 访问元素
print(array[2])  # 输出：30

# 插入元素
array.insert(2, 25)  # 在索引2位置插入25
print(array)  # 输出：[10, 20, 25, 30, 40]

# 删除元素
array.pop(2)  # 删除索引2位置的元素
print(array)  # 输出：[10, 20, 30, 40]

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2. 链表（Linked List）

• 特点：通过指针将一组节点连接起来，分为单链表和双链表。
• 适用场景：插入和删除频繁，但随机访问不常用。

示例：实现单链表

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

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

    def append(self, value):
        new_node = Node(value)
        if not self.head:
            self.head = new_node
            return
        current = self.head
        while current.next:
            current = current.next
        current.next = new_node

    def display(self):
        current = self.head
        while current:
            print(current.value, end=" -> ")
            current = current.next
        print("None")

# 创建链表并操作
ll = LinkedList()
ll.append(10)
ll.append(20)
ll.append(30)
ll.display()  # 输出：10 -> 20 -> 30 -> None

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3. 栈（Stack）

• 特点：后进先出（LIFO），只能从栈顶操作。
• 适用场景：递归处理、括号匹配、函数调用等。

示例：用列表实现栈

stack = []

# 压入栈
stack.append(10)
stack.append(20)
stack.append(30)

# 弹出栈
print(stack.pop())  # 输出：30
print(stack)  # 输出：[10, 20]

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4. 队列（Queue）

• 特点：先进先出（FIFO）。
• 适用场景：任务调度、消息传递。

示例：用 collections.deque 实现队列

from collections import deque

queue = deque()

# 入队
queue.append(10)
queue.append(20)
queue.append(30)

# 出队
print(queue.popleft())  # 输出：10
print(queue)  # 输出：deque([20, 30])

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5. 哈希表（Hash Table）

• 特点：通过哈希函数实现快速查找、插入。
• 适用场景：需要高效的键值对存储和查找。

示例：用字典实现哈希表

hash_table = {}

# 插入键值对
hash_table['name'] = 'Alice'
hash_table['age'] = 25

# 访问元素
print(hash_table['name'])  # 输出：Alice

# 删除键值对
del hash_table['age']
print(hash_table)  # 输出：{'name': 'Alice'}

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6. 树（Tree）

• 特点：层次结构的数据结构，每个节点有子节点。
• 适用场景：搜索、排序、层次分类。

示例：实现二叉树

class TreeNode:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.left = None
        self.right = None

def inorder_traversal(node):
    if not node:
        return
    inorder_traversal(node.left)
    print(node.value, end=" ")
    inorder_traversal(node.right)

# 创建二叉树
root = TreeNode(10)
root.left = TreeNode(5)
root.right = TreeNode(15)

# 遍历
inorder_traversal(root)  # 输出：5 10 15

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7. 图（Graph）

• 特点：节点通过边连接，可以是有向或无向。
• 适用场景：网络连接、最短路径、推荐系统。

示例：用邻接表表示图

graph = {
    'A': ['B', 'C'],
    'B': ['A', 'D'],
    'C': ['A', 'D'],
    'D': ['B', 'C']
}

# 深度优先搜索
def dfs(graph, start, visited=None):
    if visited is None:
        visited = set()
    visited.add(start)
    print(start, end=" ")
    for neighbor in graph[start]:
        if neighbor not in visited:
            dfs(graph, neighbor, visited)

dfs(graph, 'A')  # 输出：A B D C

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