数据结构学习——02—顺序表

Python代码执行步骤:
当我们写好python的代码的时候,此时需要使用CPython/GPython这样的解释器(不是IDE的编译器)进行解释成010101这样的二进制数据,再让CPU执行。

内存中一个int类型在32位的系统中占用4个字节,
内存中的单位是字节,1个字节占8位。
所以int=1的在内存中的表示方法是:

每多1个字节,地址+1

地址:0x01 00000000
地址:0x02 00000000
地址:0x03 00000000
地址:0x04 00000001

1个char类型占用1个字节,相当于1个int类型可以被4个char类型表示。

举例:int =1,2,3 -------将这一组数据看作连续的整体进行存储在内存中

0x01 1
0x05 2
0x09 3

注意内存地址栏的变化
在这里插入图片描述
数组要从0开始编号,不是从1:
从数组存储内存模型上看,“下标”最确切的定义应该是“偏移(offset)”。用a来表示数组的首地址,a[0]就是偏移为0的位置,也就是首地址,a[k]就表示偏移k个type_size的位置,所以计算a[k]的内存地址只需要用这个公式:
a[k]_address = base_adress + k * type_size

列表中的数据结构一样的时候,直接存储为基本顺序表
列表中的数据结构不一样的时候,存储为元素外置顺序表

例如:li=[12,‘ab’,1.11,100]
在这里插入图片描述
此时数据类型不同,内存中读取数据的时候,是根据li找到上图中的0x324,0x328,0x332,0x336这样的首地址,这几个地址中存储的也是地址,就是0x100,0x200,0x300,0x400这样的地址,这些地址是指向li中的实际需要读取的数据,因为地址0x100,0x200,0x300,0x400这样的地址占用的四个字节是相同,他们的地址可以连续。
在这里插入图片描述
顺序表:将元素顺序地存放在一块连续的存储区里,元素间的顺序关系由它们的存储顺序自然表示。
顺序表的结构:
在这里插入图片描述
一个顺序表的完整信息包括两部分,一部分是表中的元素集合,另一部分是为实现正确操作而需记录的信息,即有关表的整体情况的信息,这部分信息主要包括元素存储区的容量和当前表中已有的元素个数两项。
在这里插入图片描述
举例:下图中的最左边是一体式结构的顺序表,中间的是新创建的一体式结构的顺序表,最右边的是分离式结构的顺序表,分离数据表中最重要的区别是表头部分中包含有存储数据的初始数据的首地址信息,即图中的0x111就是数据的存储中的200的内存地址。
当需要修改一体式结构的顺序表中的数据的时候,我们需要重新申请内存中的一个空间,重新创建一个新的首地址才行;而分离式顺序表,只需要修改一下新添加的数据的地址信息在表头部分,表头元素个数信息更新即可,不需要重新申请内存空间。
所以python中的list类型数据进行更改的时候,原始数据的id信息不会更改,因为采用的是分离式顺序表的数据结构。
在这里插入图片描述
元素存储区替换
一体式结构由于顺序表信息区与数据区连续存储在一起,所以若想更换数据区,则只能整体搬迁,即整个顺序表对象(指存储顺序表的结构信息的区域)改变了。

分离式结构若想更换数据区,只需将表信息区中的数据区链接地址更新即可,而该顺序表对象不变。

元素存储区扩充
采用分离式结构的顺序表,若将数据区更换为存储空间更大的区域,则可以在不改变表对象的前提下对其数据存储区进行了扩充,所有使用这个表的地方都不必修改。只要程序的运行环境(计算机系统)还有空闲存储,这种表结构就不会因为满了而导致操作无法进行。人们把采用这种技术实现的顺序表称为动态顺序表,因为其容量可以在使用中动态变化。

扩充的两种策略

每次扩充增加固定数目的存储位置,如每次扩充增加10个元素位置,这种策略可称为线性增长。
特点:节省空间,但是扩充操作频繁,操作次数多。
每次扩充容量加倍,如每次扩充增加一倍存储空间。
特点:减少了扩充操作的执行次数,但可能会浪费空间资源。以空间换时间,推荐的方式。

顺序表的增删操作
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
Python中的顺序表
Python中的list和tuple两种类型采用了顺序表的实现技术,具有前面讨论的顺序表的所有性质。

tuple是不可变类型,即不变的顺序表,因此不支持改变其内部状态的任何操作,而其他方面,则与list的性质类似。

list的基本实现技术
Python标准类型list就是一种元素个数可变的线性表,可以加入和删除元素,并在各种操作中维持已有元素的顺序(即保序),而且还具有以下行为特征:
基于下标(位置)的高效元素访问和更新,时间复杂度应该是O(1);
为满足该特征,应该采用顺序表技术,表中元素保存在一块连续的存储区中。

允许任意加入元素,而且在不断加入元素的过程中,表对象的标识(函数id得到的值)不变。
为满足该特征,就必须能更换元素存储区,并且为保证更换存储区时list对象的标识id不变,只能采用分离式实现技术。

在Python的官方实现中, list就是一种采用分离式技术实现的动态顺序表。
这就是为什么用list.append(x) (或 list.insert(len(list), x),即尾部插入)比在指定位置插入元素效率高的原因。

在Python的官方实现中,list实现采用了如下的策略:在建立空表(或者很小的表)时,系统分配一块能容纳8个元素的存储区;在执行插入操作(insert或append)时,如果元素存储区满就换一块4倍大的存储区。但如果此时的表已经很大(目前的阀值为50000),则改变策略,采用加一倍的方法。引入这种改变策略的方式,是为了避免出现过多空闲的存储位置。

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