软件工程-基础课程-编程语言_高级数据结构：数组与链表.docx

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编程语言高级数据结构概览

1数组与链表的基本概念

1.1数组

数组是一种基本的数据结构，它在内存中以连续的方式存储相同类型的元素。数组中的每个元素可以通过其索引（位置）直接访问，这使得数组在查找操作上非常高效。数组的索引通常从0开始，直到数组长度减1。

1.1.1代码示例：数组的创建与访问

#创建一个整型数组

arr=[10,20,30,40,50]

#访问数组中的元素

print(arr[0])#输出：10

print(arr[3])#输出：40

#修改数组中的元素

arr[2]=35

print(arr)#输出：[10,20,35,40,50]

1.2链表

链表是一种线性数据结构，其中的元素不是在内存中连续存储的，而是通过指针链接在一起。每个元素（称为节点）包含数据和指向下一个节点的指针。链表在插入和删除操作上比数组更高效，因为不需要移动大量元素。

1.2.1代码示例：单链表的创建与遍历

classNode:

链表节点类

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedList:

单链表类

def__init__(self):

self.head=None

defappend(self,data):

在链表末尾添加元素

new_node=Node(data)

ifnotself.head:

self.head=new_node

return

last_node=self.head

whilelast_node.next:

last_node=last_node.next

last_node.next=new_node

defprint_list(self):

打印链表中的所有元素

cur_node=self.head

whilecur_node:

print(cur_node.data)

cur_node=cur_node.next

#创建链表并添加元素

ll=LinkedList()

ll.append(1)

ll.append(2)

ll.append(3)

#遍历链表并打印元素

ll.print_list()#输出：123

2数组与链表的选择与应用

2.1数组的应用场景

数组适用于需要频繁访问元素的场景，如缓存、查找表、静态数据集合等。由于数组的元素在内存中连续存储，因此在需要快速访问特定位置的元素时，数组是最佳选择。

2.2链表的应用场景

链表适用于需要频繁插入和删除元素的场景，如动态数据集合、实现队列和栈等。链表的插入和删除操作通常只需要修改指针，而不需要移动大量元素，因此在这些场景下，链表比数组更高效。

2.3选择数据结构的考虑因素

在选择数组或链表时，需要考虑以下因素：-访问频率：如果需要频繁访问元素，应选择数组。-插入和删除频率：如果需要频繁插入和删除元素，应选择链表。-内存使用：数组在内存中连续存储，可能会浪费一些内存（如在未满的数组中）。链表只使用所需的内存，但每个节点需要额外的指针空间。-数据大小：如果数据量很大，链表可能更高效，因为它不需要预先分配大量连续的内存空间。

2.4实例分析：动态数据集合

假设我们需要实现一个动态数据集合，其中元素的数量会不断变化。在这种情况下，链表是一个更好的选择，因为它可以轻松地在任何位置插入和删除元素，而不需要移动其他元素。

2.4.1代码示例：动态数据集合的实现

classDynamicDataCollection:

使用链表实现的动态数据集合

def__init__(self):

self.head=None

definsert(self,data):

在集合末尾插入元素

new_node=Node(data)

ifnotself.head:

self.head=new_node

else:

last_node=self.head