7、Python数据结构

7-1、数据结构概述

1、什么是数据结构？

一个程序里面必然会有数据存在，同样的，一个或几个数据要组织起来，可以有不同的组织方式，也就是不同的存储方式；

不同的组织方式就是不同的结构，我们把这些数据组织在一起的结构称之为数据的结构，也就是数据结构。

 

2、数据结构的类型：

例：

 

3、数据结构与算法的关系：

数据结构常跟算法合在一起；

数据结构是数据的组织方式，就是数据存储的方式，也就是说，数据结构是静态的；

算法是指运算方法，通俗的讲，算法就是思维；

我们编写的程序，是动态的，我们需要将数据进行计算；计算的方法很多，不同的运算方法叫做不同的算法；

所以，数据结构是算法的基础，但相同的数据结构运用不同的算法拥有不同的效率；

 

7-2、栈

1、什么是栈？

栈是一种数据结构，这种数据结构在python中不是内置数据结构，属于扩展数据结构；

栈的特点：

                 栈相当于一端开口一端封闭的容器，数据A可以存储在栈里面，把数据A移动到栈里面的过程叫进栈，也叫压栈；

                 对应的把栈里面的数据移出来就叫做出栈；

                 实际上堆栈就是是叠盘子，所以栈的操作应该满足“先进后出”原则；

                 栈顶位置始终指向新的栈顶，也就是说，只有栈顶才能被操作；

 

2、python中栈的实现：

 

7-3、队列

1、什么是队列？

队列也是一种数据结构，是一种扩展的数据结构；

优点：

          首先，队列相当于两端都开的容器，

          但是一端只能进行删除操作，不能进行插入操作，而另一端只能进行插入操作，不能进行删除操作；

          进行插入操作的这端叫队尾，进行删除操作的这端叫做队首；

          数据是从队尾进队首出的；

 

2、python中队列的实现：

 

7-4、树

1、什么是树？

树是一种非线性的数据结构，具有非常高的层次性；

利用树来存储数据，能够使用公有元素进行存储，能够很大程度上节约存储空间；

树的定义是：首先只有一个根节点，其次他有N个不相交子集，每个子集为一棵子树；

树的图示：

              

 

2、什么是二叉树？

二叉树是一种特殊的树，二叉树要么为空树，要么为左右两个不相交的子树组成；

二叉树是有序树，即使只有一个子树，也需要区分该子树是左子树还是右子数；

二叉树每个节点的度不能大于2，可以取0，1，2；

二叉树的存储方式有两种，一种是顺序存储，一种是链式存储；

顺序存储采用一维数组的存储方式，链式存储中，采用链表的存储方式，通常分为三部分：数据域、左孩子链域、右孩子链域；

 

3、python中树和二叉树的实现：

 

7-5、链表

1、什么是链表？

链表是一种数据结构，是一种非连续、非顺序的存储方式；

链表由一系列节点组成，每个节点包括两部分：一部分是数据域，另一部分是指向下一节点的指针域；

链表可以分成单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表；

 

2、python中链表的实现：

 

 7-6、bitmap

1、什么是bitmap？

bitmap也是一种数据结构；

bit指的是位，map指的是图，bitmap也叫做位图；

这种数据结构的存储简单来说就是把原来的数转化成二进制来存储，每个位占一个存储单元；

我们操作bitmap中的数据也就相当于操作一个位；

bitmap数据结构的优点是可以很好实现排序；

如上所示是数字5的位图，python中的位图一般是32位，而最高位是符号位，所以实际是31位；

利用python中的左移和右移就可以实现位运算了；

 

2、实现bitmap：

 

 7-7、图

1、什么是图？

图是一种数据结构；

图可以简单的理解为一个关系网络，该网络中有N多个节点，每个节点上存储着一个数据；

数据之间可以用线把关联的节点连起来的方式表示；

其中，有的数据关系是有方向的，比如数据A-->数据B，其关系只能从A到B，不能从B到A；

如果数据之间的关系是有方向的，这个数据关系用弧线表示；

有的数据关系是没有方向的，A--B表示既可以A到B关联，也可以B到A关联；

                                          

 

2、图的实现：

例子：实现如下所示的图：