1.概念

数据结构是计算机科学中的一个核心概念，它是指数据的组织、管理和存储方式，以及数据元素之间的关系。数据结构通常用于允许高效的数据插入、删除和搜索操作。

数据结构大致分为几大类：

线性结构：数组、链表、栈、队列等。

非线性结构：树、二叉树、堆、图等。

散列：哈希表。

索引：B树、B+树等。

2.常见数据结构

2.1 栈

栈（stack），它是一种运算受限的线性表，遵循后进先出（Last In First Out，LIFO）原则的数据结构。

• LIFO(last in first out)表示就是后进入的元素, 第一个弹出栈空间. 类似于自动餐托盘, 最后放上的托盘, 往往先把拿出去使用.
• 其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。
• 向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；
• 从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

栈常见的操作

• push(element): 添加一个新元素到栈顶位置.
• pop()：移除栈顶的元素，同时返回被移除的元素。
• peek()：返回栈顶的元素，不对栈做任何修改（这个方法不会移除栈顶的元素，仅仅返回它）。
• isEmpty()：如果栈里没有任何元素就返回true，否则返回false。
• clear()：移除栈里的所有元素。
• size()：返回栈里的元素个数。这个方法和数组的length属性很类似。

2.1.1 入栈

2.1.2 出栈

2.1.3 代码分析

1. 使用数组来模拟栈
2. 定义一个 空数组
3. 入栈的操作，当有数据加入到栈时，判断数组长度是否达到阈值，是则抛栈已满的异常，否则将数据追加到数组的尾部;
4. 出栈的操作，判断栈是否空，是则抛栈已空的异常，否则从数组尾部移除一个数据，并返回该数据;

代码实现：

class Stack:def __init__(self, size):self.items = []self.size = sizedef isFull(self):return len(self.items) == self.sizedef push(self, element):if self.isFull():raise Exception('stack is full')self.items.append(element)def pop(self):if self.isEmpty():raise Exception('stack is empty')return self.items.pop()def peek(self):if self.isEmpty():raise Exception('stack is empty')return self.items[-1]def isEmpty(self):return len(self.items) == 0def clear(self):self.items.clear()if __name__ == '__main__':stack = Stack(20)stack.push(1)stack.push(2)print(stack.peek())

2.2 链表

链表是一条相互链接的数据节点表。每个节点由两部分组成：数据和指向下一个节点的指针。

2.1 链表的优缺点

优点：

1. 物理存储单元上非连续，而且采用动态内存分配，能够有效的分配和利用内存资源；
2. 节点删除和插入简单，不需要内存空间的重组。

缺点：

1. 不能进行索引访问，只能从头结点开始顺序查找；
2. 数据结构较为复杂，需要大量的指针操作，容易出错。

2.2 单向链表

2.2.1 插入

尾部插入

从头结点开始逐个遍历链表，直到找到next=null，表示为最后一个节点，再将最后节点的next指向新增节点。

头部插入

如果头节点的next=null表示链表为空，直接将头节点的next指向新增节点

如果头节点的next!=null，表示头节点后已存在后续节点，需要将新增节点插入到头节点和后续节点中间：

1.获取头节点的后续节点，定义一个临时节点，将该节点指向临时节点

2.将头节点的next指向新增节点

3.新增节点的next指向临时节点

2.2.2 遍历

从头结点开始，通过next遍历，直到next=null

2.2.3 删除

2.2.4 代码实现

class Node:def __init__(self, data=None):if data is not None:self.data = dataself.next = Noneclass LinkedList:def __init__(self):head = Node()self.head = headdef append(self, data):new_node = Node(data)# 如果链表为空，则在头部后插入if self.head.next is None:self.head.next = new_nodeelse:node = self.head.nextwhile node.next is not None:node = node.nextnode.next = new_nodedef prepend(self, data):new_node = Node(data)if self.head.next is None:self.head.next = new_nodeelse:new_node.next = self.head.nextself.head.next = new_nodedef remove(self, data):if self.head.next is None:raise Exception('Linked List is empty')node = self.head.nextwhile node.data != data:node = node.nextnode.next = node.next.nextdef display(self):node = self.head.nextwhile True:print(node.data)if node.next is None:breaknode = node.nextif __name__ == '__main__':list = LinkedList()list.append(1)list.append(2)list.prepend(3)list.display()