Python 常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學習目的

這個專題，盡量使用最精簡的文字，借助典型案例盤點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，隨著學習的深入，平時遇到實際場景變復雜，很有必要去了解Python內(nèi)置的更加強大的數(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現(xiàn)功能。

我的施工之路

學習目標

• 學習數(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;
• 學習第二階段：知道何種場景選用哪種最恰當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，去解決題問題;
• 學習第三階段：了解內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的背后源碼實現(xiàn)，與《算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門學問里的知識聯(lián)系起來，打通任督二脈。

下面根據(jù)定義的這三個階段，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，在前面單獨有一個專題詳述了list的使用列表專題

使用場景 list 使用在需要查詢、修改的場景，極不擅長需要頻繁插入、刪除元素的場景。

實現(xiàn)原理 list對應數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的線性表，列表長度在初始狀態(tài)時無需指定，當插入元素超過初始長度后再啟動動態(tài)擴容，刪除時尤其位于列表開始處元素，時間復雜度為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)有多個返回值時打包為一個元組，賦值到等號左側(cè)變量時解包。

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

實際創(chuàng)建一個元組實例

使用場景 如果非常確定你的對象后面不會被修改，則可以大膽使用元組。為什么?因為相比于list, tuple實例更加節(jié)省內(nèi)存，這點尤其重要。

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

所以創(chuàng)建100個實例，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set實例的求交集、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} 

使用場景 如果只是想緩存某些元素值，且要求元素值不能重復時，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、查詢元素效果都很高。

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} 

使用場景 字典尤其適合在查詢多的場景，時間復雜度為O(1). 如leetcode第一題求解兩數(shù)之和時，就會使用到dict的O(1)查詢時間復雜度。

同時，Python類中屬性值等信息也都是緩存在__dict__這個字典型數(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，因此對內(nèi)存要求苛刻的場景要慎重考慮。

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

實現(xiàn)原理 字典是一種哈希表，同時保存了鍵值對。

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

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