数据结构(列表，队列，栈，链表)

1.说明

1.1 概念

　　简单来说，数据结构是用来设计数据以何种方式组织并存储在计算机中，像我们常见的列表，字典，元祖等都属于数据结构

1.2 分类

　　按照其逻辑可以分为线性结构，树结构，图结构

　　线性结构：数据结构中的元素存在一对一的相互关系，如列表

　　树结构：数据结构中的元素存在一对多的相互关系

　　图结构：数据结构中的元素存在多对多的相互关系

2.关于列表（数组）

　　在其他语言中列表被称为数组(像c)，在Python中被称为列表，这两者之间还是存在区别的：

　　　　列表可以可以混合存储元素类型，像字符串，整数等，而数组不行，要求元素类型一致

　　　　数组长度是固定的，而Python中长度不够会开辟新的内存地址，再把原来的内容拷过来

3.关于队列(queue)

　　它属于一种数据集合，仅允许在列表的一端进行插入，另外一端进行删除

　　特点：联想我们排队打饭，都是先进先出，对头出队，队尾进队

　　双向队列:队列的两端都支持进队和出队操作

3.1 python队列内置模块

　　基本操作:

　　　　创建队列：queue = deque(li)

　　　　进队：append

　　　　出队：popleft

　　　　双向队列队首进队：appendleft

　　　　双向队列队尾进队：pop

from collections import deque

lis = [9,5,2,7]
q = deque(lis,8)    # 最大长度是8
q.append(4)     # 从队尾追加
q.popleft()     # 队首出队

# 对于双向对列
q.appendleft(99)    # 队首进队
q.pop()             # 队尾出队

4.关于栈(stack)

　　栈也是一个数据集合，只能在一端进行插入或删除操作的列表

　　特点：后进先出。联想一摞书，我们取书只能从上取，存入也只能从上面存

利用python代码实现一个栈

class Stack(object):
   # 初始化栈
   def __init__(self):
      self.items = []
   # 判断栈是否为空
   def is_empty(self):
      return self.items == []
   # 返回栈顶
   def peek(self):
      return self.items[len(self.items) - 1]
   # 返回栈大小
   def size(self):
      return len(self.items)
   # 压栈
   def push(self, item):
      self.items.append(item)
   # 出栈
   def pop(self):
      return self.items.pop()

4.1 python栈内置模块

　　栈的基本操作：

　　　　进栈（压栈）：push

　　　　出栈：pop

　　　　取栈顶：gettop（查看栈顶元素，但不取走）  li[-1]

博客参考链接

 5.关于链表

属于一种动态数据结构，链表中每一个元素都是一个对象，每个对象称为一个节点，包含有数据域key和指向下一个节点的指针next。通过各个节点之间的相互连接，最终串联成一个链表

链表的基本元素：

　　节点：每个节点有两个部分，左边部分称为值域，用来存放用户数据；右边部分称为指针域，用来存放指向下一个元素的指针。

　　head:head节点永远指向第一个节点

　　tail: tail永远指向最后一个节点

　　None:链表中最后一个节点的指针域为None值

链表和数组的区别：

　　1.数组需要提前定义大小，数据小于定义长度会浪费空间，大于定义长度则无法插入。而链表是动态增删数据，可以随意增加

　　2.数组适用于获取元素的操作，直接get索引即可。链表对于获取元素需要从头一直寻找，但是适用与增删，直接修改节点的指向即可

　　3.数组从栈中分配空间，操作方便，但是自由度小，链表从堆中分配空间, 自由度大但申请管理比较麻烦

 节点定义：

class Node:
    def __init__(self,data=None,next=None):
        self.data = data
        self.next = next        # 保存下一个节点对象

    def __repr__(self):
        return str(self.data)

定义链表：

# 定义节点
node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node3 = Node(3)

# 将每个节点的关系表示出来
node1.next = node2
node2.next = node3

链表出数：

# 顺序出数
def printList(node):
    while node:
        print(node)
        node = node.next

printList(node1)


# 逆序出数
def printBackward(lists):
    if lists == None: return
    printBackward(lists.next)
    print(lists)

printBackward(node1)

5.1 链表基本操作

链表翻转(面试常见问题)

class Node:
    def __init__(self, data=None, next=None):
        self.data = data
        self.next = next  # 保存下一个节点对象

    def __repr__(self):
        return str(self.data)


# 时间消耗O(n),空间消耗O(1)
def rever(head):
    if head == None or head.next == None:  # 边界条件
        return head

    cur = head  # 链表头
    tmp = None  # 临时变量
    newhead = None  # 翻转链表表头
    while cur:  # 存在链表头
        tmp = cur.next  # tmp为链表头下一节点
        cur.next = newhead  # 此时cur.next为None
        newhead = cur  # 把链表头赋值给翻转链表头
        cur = tmp  # 把下一节点赋值给链表头
    return newhead


if __name__ == '__main__':

    head = Node(1)
    a1 = Node(2)
    a2 = Node(3)
    a3 = Node(4)
    head.next = a1
    a1.next = a2
    a2.next = a3

    p = rever(head)
    while p:
        print(p.data)
        p = p.next

最终打印结果4，3，2，1

 链表翻转的四种方式：链接

单向链表的详细操作方式：链接

常见数据结构：参看链接