Python 常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目的

這個(gè)專題，盡量使用最精簡(jiǎn)的文字，借助典型案例盤點(diǎn)Python常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

如果你還處于Python入門階段，通常只需掌握list、tuple、set、dict這類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，做到靈活使用即可。

然而，隨著學(xué)習(xí)的深入，平時(shí)遇到實(shí)際場(chǎng)景變復(fù)雜，很有必要去了解Python內(nèi)置的更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)deque、heapq、Counter、OrderedDict、defaultDict、ChainMap，掌握它們，往往能讓你少寫一些代碼且能更加高效的實(shí)現(xiàn)功能。

我的施工之路

學(xué)習(xí)目標(biāo)

• 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一階段：掌握它們的基本用法，使用它們解決一些基本問題;
• 學(xué)習(xí)第二階段：知道何種場(chǎng)景選用哪種最恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，去解決題問題;
• 學(xué)習(xí)第三階段：了解內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的背后源碼實(shí)現(xiàn)，與《算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門學(xué)問里的知識(shí)聯(lián)系起來，打通任督二脈。

下面根據(jù)定義的這三個(gè)階段，總結(jié)以下10種最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

1. list

基本用法 廢話不多說，在前面單獨(dú)有一個(gè)專題詳述了list的使用列表專題

使用場(chǎng)景 list 使用在需要查詢、修改的場(chǎng)景，極不擅長(zhǎng)需要頻繁插入、刪除元素的場(chǎng)景。

實(shí)現(xiàn)原理 list對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的線性表，列表長(zhǎng)度在初始狀態(tài)時(shí)無需指定，當(dāng)插入元素超過初始長(zhǎng)度后再啟動(dòng)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，刪除時(shí)尤其位于列表開始處元素，時(shí)間復(fù)雜度為O(n)

2. tuple

元組是一類不允許添加刪除元素的特殊列表，也就是一旦創(chuàng)建后續(xù)決不允許增加、刪除、修改。

基本用法 元組大量使用在打包和解包處，如函數(shù)有多個(gè)返回值時(shí)打包為一個(gè)元組，賦值到等號(hào)左側(cè)變量時(shí)解包。

In [22]: t=1,2,3                                          
In [23]: type(t)                               
Out[23]: tuple 

實(shí)際創(chuàng)建一個(gè)元組實(shí)例

使用場(chǎng)景 如果非常確定你的對(duì)象后面不會(huì)被修改，則可以大膽使用元組。為什么?因?yàn)橄啾扔趌ist, tuple實(shí)例更加節(jié)省內(nèi)存，這點(diǎn)尤其重要。

In [24]: from sys import getsizeof                                               
 
In [25]: getsizeof(list())                                                       
Out[25]: 72 # 一個(gè)list實(shí)例占用72個(gè)字節(jié) 
 
In [26]: getsizeof(tuple())                                                      
Out[26]: 56 # 一個(gè)tuple實(shí)例占用56個(gè)字節(jié) 

所以創(chuàng)建100個(gè)實(shí)例，tuple能節(jié)省1K多字節(jié)。

3. set

基本用法 set是一種里面不能含有重復(fù)元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種特性天然的使用于列表的去重。

In [27]: a=[3,2,5,2,5,3]                                                         
 
In [28]: set(a)                                                                  
Out[28]: {2, 3, 5} 

除此之外，還有知道set結(jié)構(gòu)可用于兩個(gè)set實(shí)例的求交集、并集、差集等操作。

In [29]: a = {2,3,5}                                                             
 
In [30]: b = {3,4,6,2}                                                           
 
In [31]: a.intersection(b) # 求交集                                                       
Out[31]: {2, 3} 

使用場(chǎng)景 如果只是想緩存某些元素值，且要求元素值不能重復(fù)時(shí)，適合選用此結(jié)構(gòu)。并且set內(nèi)允許增刪元素，且效率很高。

實(shí)現(xiàn)原理 set在內(nèi)部將值哈希為索引，然后按照索引去獲取數(shù)據(jù)，因此刪除、增加、查詢?cè)匦Ч己芨摺?/p>

4. dict

基本用法 dict 是Python中使用最頻繁的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，字典創(chuàng)建由通過dict函數(shù)、{}寫法、字典生成式等，增刪查元素效率都很高。

d = {'a':1,'b':2} # {}創(chuàng)建字典 
 
# 列表生成式 
In [38]: d = {a:b for a,b in zip(['a','b'],[1,2])}                               
In [39]: d                                                                       
Out[39]: {'a': 1, 'b': 2} 

使用場(chǎng)景 字典尤其適合在查詢多的場(chǎng)景，時(shí)間復(fù)雜度為O(1). 如leetcode第一題求解兩數(shù)之和時(shí)，就會(huì)使用到dict的O(1)查詢時(shí)間復(fù)雜度。

同時(shí)，Python類中屬性值等信息也都是緩存在__dict__這個(gè)字典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

但是值得注意，dict占用字節(jié)數(shù)是list、tuple的3、4倍，因此對(duì)內(nèi)存要求苛刻的場(chǎng)景要慎重考慮。

In [40]: getsizeof(dict())                                                       
Out[40]: 248 

實(shí)現(xiàn)原理 字典是一種哈希表，同時(shí)保存了鍵值對(duì)。

以上4種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相信大家都已經(jīng)比較熟悉，因此我言簡(jiǎn)意賅的介紹一遍。接下來再詳細(xì)的介紹下面6種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及各自使用場(chǎng)景，會(huì)列舉更多的例子。

• 5.  deque
• 6.  Counter
• 7.  OrderedDict
• 8. heapq
• 9. defaultdict
• 10. ChainMap