python实现动态数组的示例代码

实现一个支持动态扩容的数组并完成其增删改查

#通过python实现动态数组

"""
数组特点：
 占用一段连续的内存空间，支持随机（索引）访问，且时间复杂度为O(1)
 添加元素时间复杂度：O(n)
 删除元素时间复杂度：O(n)
"""

class Arr:
 def __init__(self, capacity=10):
   """
   构造函数
   :param capacity: 数组最大容量，不指定的话默认为10
   """
   self._capacity = capacity
   self._size = 0                 # 数组有效元素的数目，初始化为0
   self._data = [None] * self._capacity  # 由于python的list是动态扩展的，而我们要实现底层具有固定容量、占用一段连续的内存空间的数组，所以用None来作为无效元素的标识

def __getitem__(self, item):
   """让Arr类支持索引操作"""
   return self._data[item]

def getSize(self):
   """返回数组有效元素的个数"""
   return self._size

def getCapacity(self):
   """返回当前数组的容量"""
   return self._capacity

def isEmpty(self):
   """判断当前数组是否为空"""
   return self._size == 0

def add(self, index, elem):
   """
   向数组中添加一个元素，注意数组占用的是一段连续的内存空间，所以在添加元素后，数组还是要保证这个特点的，因此需要将后面的元素都向后挪一个位置，而且要注意要先从
   尾部开始挪，防止元素之间的覆盖
   时间复杂度：O(n)
   :param index:  添加的元素所在的索引
   :param elem:  所要添加的元素
   """
   if index < 0 or index > self._size:   # 插入的位置无效
     raise Exception('Add Filed. Require 0 <= index <= self._size')
   if self._size == self._capacity:    # 满了
     self._resize(self._capacity * 2)  # 默认扩容当前容量的二倍。容量翻倍要比容量加上一个固定值要好，这样做均摊复杂度为O(1)。具体请百度

for i in range(self._size - 1, index - 1, -1): # 从尾部开始挪动元素，在index处腾出一个空间
                           # 一定要注意在步长为负数的情况下，区间是左开右闭区间，即(index, self._size - 1]，所以是index-1，与正常的左闭右开区间是相反的！
     self._data[i + 1] = self._data[i]
   self._data[index] = elem    # 将该位置赋值为elem
   self._size += 1         # 数组有效元素数加1

def addLast(self, elem):
   """
   向数组尾部添加元素
   时间复杂度：O(1)
   :param elem: 所要添加的元素
   """
   self.add(self._size, elem) # 直接调用add方法，注意不用再次判定合法性了，因为add函数中已经判断过了

def addFirst(self, elem):
   """
   想数组头部添加元素
   时间复杂度：O(n)
   :param elem: 所要添加的元素
   """
   self.add(0, elem)  # 同理直接调用add方法

def get(self, index):
   """
   获得索引index处的元素
   时间复杂度：O(1)
   :param index: 数组索引
   :return:   数组索引处的值
   """
   if index < 0 or index >= self._size:    # 判断index的合法性
     raise Exception('Get failed. Index is illegal.')
   return self._data[index]

def getFirst(self):
   """
   获得数组首位置元素的值
   :return: 首位置元素的值
   """
   return self.get(0)   # 直接调用get函数，安全可靠

def getLast(self):
   """
   获得数组末尾元素的值
   :return: 末尾元素的值
   """
   return self.get(self._size - 1) # 直接调用get函数，安全可靠

def set(self, index, elem):
   """
   将索引为index的元素的值设为elem
   时间复杂度：O(1)
   :param index: 索引
   :param elem:  新的值
   """
   if index < 0 or index >= self._size:    # 判断index的合法性
     raise Exception('Sat failed. Index is illegal.')
   self._data[index] = elem

def contains(self, elem):
   """
   查看数组中是否存在元素elem，最好不要传入一个浮点数，你懂得。。
   时间复杂度：O(n)
   :param elem: 目标元素
   :return:   bool值，存在为真
   """
   for i in range(self._size):    # 遍历
     if self._data[i] == elem:
       return True        # 找到了就返回True
   return False            # 遍历完了还没找到，就返回False

def find(self, elem):
   """
   在数组中查找元素，并返回元素所在的索引。（如果数组中存在多个elem，只返回最左边elem的索引）
   时间复杂度：O(n)
   :param elem: 目标元素
   :return:   元素所在的索引，没找到则返回-1（无效值）
   """
   for i in range(self._size):     # 遍历数组
     if self._data[i] == elem:
       return i          # 找到就返回索引
   return -1              # 没找到返回-1

def findAll(self, elem):
   """
   找到值为elem全部元素的索引
   :param elem: 目标元素
   :return:   一个列表，值为全部elem的索引
   """
   ret_list = Arr()        # 建立一个新的数组用于存储索引值
   for i in range(self._size):   # 遍历数组
     if self._data[i] == elem:
       ret_list.addLast(i)   # 找到就将索引添加进ret_list
   return ret_list

def remove(self, index):
   """
   删除索引为index的元素。index后面的元素都要向前移动一个位置
   时间复杂度：O(n)
   :param index: 目标索引
   :return:   位于该索引的元素的值
   """
   if index < 0 or index >= self._size:  # index合法性检查
     raise Exception('Remove failed.Require 0 <= index < self._size')
   ret = self._data[index]         # 拷贝一下index处的元素，便于返回
   for i in range(index + 1, self._size): # index后面的元素都向前挪一个位置
     self._data[i - 1] = self._data[i]
   self._size -= 1     # 维护self._size
   self._data[self._size] = None  # 最后一个元素的垃圾回收

if self._size and self._capacity // self._size == 4:  # 如果当前有效元素为总容量的四分之一且还存在有效元素，则将容量缩减为原来的一半
     self._resize(self._capacity // 2)
   return ret

def removeFirst(self):
   """
   删除数组首位置的元素
   时间复杂度：O(n)
   :return: 数组首位置的元素
   """
   return self.remove(0)  # 调用remove函数

def removeLast(self):
   """
   删除数组末尾的元素
   时间复杂度:O(1)
   :return: 数组末尾的元素
   """
   return self.remove(self._size - 1)   # 调用remove函数

def removeElement(self, elem):
   """
   删除数组中为elem的元素，如果数组中不存在elem，那么什么都不做。如果存在多个相同的elem，只删除最左边的那个
   时间复杂度：O(n)
   :param elem: 要删除的目标元素
   """
   index = self.find(elem)     # 尝试找到目标元素（最左边的）的索引
   if index != -1:         # elem在数组中就删除，否则什么都不做
     self.remove(index)     # 调用remove函数

def removeAllElement(self, elem):
   """
   删除数组内所有值为elem的元素，可以用递归来写，这里用的迭代的方法。elem不存在就什么都不做
   :param elem: 要删除的目标元素
   """
   while True:
     index = self.find(elem)   # 循环来找elem，如果还存在就继续删除
     if index != -1:       # 若存在
       self.remove(index)
     else:
       break

def get_Max_index(self):
   """
   获取数组中的最大元素的索引，返回最大元素的索引值，如果有多个最大值，默认返回最左边那个的索引
   时间复杂度：O(n)
   :return: 最大元素的索引
   """
   if self.isEmpty():
     raise Exception('Error, array is Empty!')
   max_elem_index = 0  # 记录最大值的索引，初始化为0
   for i in range(1, self.getSize()):  # 从索引1开始遍历，一直到数组尾部
     if self._data[i] > self._data[max_elem_index]:  # 如果当前索引的值大于最大值索引处元素的值
       max_elem_index = i   # 更新max_elem_index，这样它还是当前最大值的索引
   return max_elem_index   # 遍历完后，将数组的最大值的索引返回

def removeMax(self):
   """
   删除数组中的最大元素，返回最大元素的值，如果有多个最大值，默认值删除最左边那个
   时间复杂度：O(n)
   :return: 最大元素
   """
   return self.remove(self.get_Max_index())  # 直接调用remove函数删除最大值

def get_Min_index(self):
   """
   获取数组中的最小元素的索引，返回最小元素的索引值，如果有多个最小值，默认返回最左边那个的索引
   时间复杂度：O(n)
   :return: 最小元素的索引
   """
   if self.isEmpty():
     raise Exception('Error, array is Empty!')
   min_elem_index = 0  # 记录最小值的索引，初始化为0
   for i in range(1, self.getSize()):  # 从索引1开始遍历，一直到数组尾部
     if self._data[i] < self._data[min_elem_index]:  # 如果当前索引的值小于最小值索引处元素的值
       min_elem_index = i   # 更新min_elem_index，这样它还是当前最小值的索引
   return min_elem_index   # 遍历完后，将数组的最小值的索引返回

def removeMin(self):
   """
   删除数组中的最小元素，返回最小元素的值，如果有多个最小值，默认值删除最左边那个
   时间复杂度：O(2n)，可以看成是O(n)的
   :return: 最小元素
   """
   return self.remove(self.get_Min_index())

def swap(self, index1, index2):
   """
   交换分别位于索引index1和索引index2处的元素
   :param index1: 索引1
   :param index2: 索引2
   """
   if index1 < 0 or index2 < 0 or index1 >= self._size or index2 >= self._size:    # 合法性检查
     raise Exception('Index is illegal')
   self._data[index1], self._data[index2] = self._data[index2], self._data[index1]   # 交换元素

def printArr(self):
   """对数组元素进行打印"""
   for i in range(self._size):
     print(self._data[i], end=' ')
   print('\nSize: ％d-----Capacity: ％d' ％ (self.getSize(), self.getCapacity()))

# private
 def _resize(self, new_capacity):
   """
   数组容量放缩至new_capacity，私有成员函数
   :param new_capacity: 新的容量
   """
   new_arr = Arr(new_capacity)     # 建立一个新的数组new_arr，容量为new_capacity
   for i in range(self._size):
     new_arr.addLast(self._data[i]) # 将当前数组的元素按当前顺序全部移动到new_arr中
   self._capacity = new_capacity    # 数组容量变为new_capacity
   self._data = new_arr._data     # 将new_arr._data赋值给self._data，从而完成数组的容量放缩操作

测试代码

import Array
import numpy as np
np.random.seed(7)
test = Array.Arr()
print(test.getSize())
print(test.getCapacity())
print(test.isEmpty())
for i in range(8):
 test.add(0, np.random.randint(5))
test.printArr()
test.addLast(2)
test.printArr()
print(test.get(3))
test.set(3, 10)
test.printArr()
print(test.contains(10))
print(test.find(4))
test.findAll(1).printArr()
test.remove(3)
test.printArr()
test.removeFirst()
test.removeLast()
test.printArr()
test.removeElement(4)
test.printArr()
test.removeAllElement(3)
test.printArr()
for i in range(30):
 test.addLast(np.random.randint(10))
test.printArr()
print(test[3])
test.swap(0, 1)
test.printArr()

来源：https://blog.csdn.net/u013109501/article/details/88020739