Python中的顺序表介绍
Python中的顺序表介绍
在 Python 中，列表是一种基本的数据类型，列表的数据组成了一个序列，序列里的数据是有序的(索引)，可以快速地找到指定的数据。
在开发中，经常需要将一组数据作为一个整体来处理。如果一组数据组成了一个序列，且数据在序列里有位置和顺序关系，则构成的序列被称为线性表，如 Python 中的列表。
一、线性表简介
一个线性表是某类数据元素的一个集合，表里同时记录着元素之间的顺序关系。
线性表是最基本的数据结构之一，在实际程序中应用非常广泛。
线性表的数据之间有顺序关系，顺序关系分为两种，一种是物理有序，即数据物理存储的位置顺序与数据之间的顺序关系一致，另一种是逻辑有序，即数据之间的顺序关系是由某种逻辑关系来决定的，与物理存储的位置无关。
对于不同顺序关系，线性表数据的存储方式也不相同，物理有序的数据要保证物理顺序，需要连续存储在一起，而逻辑有序则不必，数据可以分散存储。
根据线性表的顺序关系，可以将线性表分成两种：
顺序表：将元素按顺序存放在一块连续的存储区里，元素间的顺序关系由它们的存储顺序决定。
链表：将元素存放在通过链接构造起来的一系列存储块中，元素间的顺序关系由它们之间的链接顺序来决定。
本文先介绍顺序表，链表后面再研究。
二、顺序表简介
顺序表的信息分为两个部分，“表头”部分和数据集合部分。
“表头”是顺序表的整体信息，包含了元素存储区的容量和当前表中已有的元素个数。
数据集合部分是顺序表中的所有数据连续存储的集合部分。
“表头”部分和数据集合部分可以存储在一起，也可以分开存储，所以顺序表分为两种结构。
一体式结构：存储“表头”的单元与数据集合以连续的方式存储在一块存储区里，整体形成一个顺序表对象。一体式结构整体性强，易于管理，但由于数据存储区域是表对象的一部分，顺序表创建后，元素存储区就固定了。
分离式结构：表对象里只保存与表有关的信息(即“表头”)，实际数据元素存放在另一个独立的元素存储区里，“表头”通过引用与元素集合关联。
在顺序表中，数据是连续存储的，为了快速地找到顺序表中的数据，每个元素所占的存储单元大小相同。
元素都有下标，下标决定元素的逻辑地址，元素存储的物理地址(实际内存地址)可以通过存储区的起始地址Loc(e0)加上逻辑地址(第i个元素)与存储单元大小(c)的乘积计算而得，Loc(ei) = Loc(e0) + c*i 。
通常，顺序表中存储的是同一种类型的数据，但也有很多存放不同类型数据的顺序表，如一个列表中既有数字也有字符串等。为了保证顺序表的每个元素占用相同的存储单元，顺序表有两种元素存储方式。
直接存储数据：如果元素数据类型相同，占用的存储单元统一，则顺序表中直接存储数据本身。
元素外置存储：如果元素的数据类型不统一，则须采用元素外置的形式，将实际数据另行存储，顺序表中保存对应元素的引用。由于每个引用所需的存储单元相同，依然可以计算出元素引用的存储位置，然后顺着引用找到实际存储的数据。
三、顺序表的相关操作
1. 更换数据存储区
一体式结构的信息区与数据存储区连续在一起，若想更换数据存储区(数据扩充时)，只能整体搬迁，信息区也要一起更换(顺序表id发生了改变)。
分离式结构要更换数据存储区，只需将信息区中的引用更新即可，信息区不用改变(顺序表id不发生改变)。
2. 扩充顺序表元素存储区
分离式结构的顺序表，如果需要将数据区更换为存储空间更大的区域，可以在不改变表对象(顺序表id)的前提下对其数据存储区进行扩充。
只要程序的运行环境还有空闲存储，分离式结构的顺序表就不会因为满了而导致操作无法进行。
分离式结构的顺序表被称为动态顺序表，因为其容量可以在使用中动态变化。
扩充顺序表有两种常见的策略，分别是按固定数量扩充和按当前容量加倍。
按固定数量扩充：每次扩充增加固定数目的存储位置，如每次扩充增加10个元素位置，这种策略称为线性增长扩容。比较节省空间，但是扩充操作频繁，操作次数多。
按当前容量加倍：每次扩充容量加倍，每次扩充会增加一倍的存储空间。减少了扩充操作的执行次数，但可能会浪费空间资源。
四、Python中的顺序表
Python 中的列表 list 和元组 tuple 两种数据类型都属于顺序表。
Python 中的列表有以下特点：
1. 元素保存在一块连续的存储区中，元素有下标，所以可以使用下标来高效地访问和修改元素。
2. 分离式结构，“表头”与数据存储区是分开存储的，数据存储区发生了改变，表对象(id值)不会改变。
3. 元素外置存储，元素可以是任意类型的数据，列表中保存的是元素的引用。
4. 可以任意加入元素，在不断加入元素的过程中如果需要扩容，列表会动态扩容。
5. 元素保序，在列表中加入和删除元素，操作之后列表中的元素会维持已有的顺序不变。
元组 tuple 是 Python 中的不可变数据类型，是不变的顺序表，因此不支持改变内部状态的操作，而其他方面，与列表 list 的性质类似。
列表和元组是 Python 语言为开发者设计好的顺序表数据类型，非常方便好用。除了使用现成的顺序表，我们也可以自己实现顺序表。
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