各种数据结构的常用操作

在计算机科学中，数据结构是指数据在计算机中存储、组织和管理的方式。不同的数据结构适用于不同的场合和要求，因此熟练运用各种数据结构的常用操作是程序员的一项重要技能。

本文将介绍一些常见数据结构的基本操作及其复杂度。

数组

数组是一种线性数据结构，用于存储一组具有相同类型的数据。数组的特点是随机访问快，插入和删除慢。

声明数组

使用以下语法声明一个名为 arr，长度为 n 的整数数组：

arr = [0] * n

访问数组元素

下标从 0 开始，访问第 i 个元素的时间复杂度为 O(1)：

print(arr[i])

遍历数组

遍历数组的时间复杂度为 O(n)：

for i in range(n):
    print(arr[i])

插入和删除元素

在数组的末尾插入元素的时间复杂度为 O(1)：

arr.append(x)

删除指定位置的元素的时间复杂度为 O(n)：

del arr[i]

链表

链表是一种线性数据结构，用于存储一组具有相同类型的数据。链表的特点是插入和删除快，随机访问慢。

声明链表

使用以下语法声明一个名为 head 的单向链表：

class ListNode:
    def __init__(self, val=0, next=None):
        self.val = val
        self.next = next
        
head = ListNode()

访问链表元素

访问链表元素的时间复杂度为 O(n)：

p = head.next
while p:
    print(p.val)
    p = p.next

遍历链表

遍历链表的时间复杂度为 O(n)：

p = head.next
while p:
    # Do something
    p = p.next

插入和删除元素

在链表的头部插入元素的时间复杂度为 O(1)：

new_node = ListNode(val)
new_node.next = head.next
head.next = new_node

删除指定节点的时间复杂度为 O(n)：

prev, curr = None, head.next
while curr:
    if curr.val == x:
        prev.next = curr.next
        break
    prev, curr = curr, curr.next

栈

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，用于存储一组具有相同类型的数据。

声明栈

使用以下语法声明一个名为 stack 的栈：

stack = []

入栈和出栈

入栈元素的时间复杂度为 O(1)：

stack.append(x)

出栈元素的时间复杂度为 O(1)：

x = stack.pop()

查看栈顶元素

查看栈顶元素的时间复杂度为 O(1)：

x = stack[-1]

队列

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，用于存储一组具有相同类型的数据。

声明队列

使用以下语法声明一个名为 queue 的队列：

queue = collections.deque()

入队和出队

入队元素的时间复杂度为 O(1)：

queue.append(x)

出队元素的时间复杂度为 O(1)：

x = queue.popleft()

查看队首元素

查看队首元素的时间复杂度为 O(1)：

x = queue[0]

堆

堆是一种特殊的树形数据结构，用于维护一个集合中最值等特殊要求。

声明堆

使用以下语法声明一个名为 heap 的最小堆：

heap = []

插入元素

插入元素的时间复杂度为 O(log n)：

heappush(heap, x)

弹出堆顶元素

弹出堆顶元素的时间复杂度为 O(log n)：

x = heappop(heap)

查看堆顶元素

查看堆顶元素的时间复杂度为 O(1)：

x = heap[0]