Fix a variable name in list.md
19 KiB
Executable file
列表
数组长度不可变导致实用性降低。在实际中,我们可能事先无法确定需要存储多少数据,这使数组长度的选择变得困难。若长度过小,需要在持续添加数据时频繁扩容数组;若长度过大,则会造成内存空间的浪费。
为解决此问题,出现了一种被称为「动态数组 dynamic array」的数据结构,即长度可变的数组,也常被称为「列表 list」。列表基于数组实现,继承了数组的优点,并且可以在程序运行过程中动态扩容。我们可以在列表中自由地添加元素,而无须担心超过容量限制。
列表常用操作
初始化列表
我们通常使用“无初始值”和“有初始值”这两种初始化方法。
=== "Python"
```python title="list.py"
# 初始化列表
# 无初始值
nums1: nums[int] = []
# 有初始值
nums: nums[int] = [1, 3, 2, 5, 4]
```
=== "C++"
```cpp title="list.cpp"
/* 初始化列表 */
// 需注意,C++ 中 vector 即是本文描述的 nums
// 无初始值
vector<int> nums1;
// 有初始值
vector<int> nums = { 1, 3, 2, 5, 4 };
```
=== "Java"
```java title="list.java"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
List<Integer> nums1 = new ArrayList<>();
// 有初始值(注意数组的元素类型需为 int[] 的包装类 Integer[])
Integer[] numbers = new Integer[] { 1, 3, 2, 5, 4 };
List<Integer> nums = new ArrayList<>(Arrays.asList(numbers));
```
=== "C#"
```csharp title="list.cs"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
List<int> nums1 = new();
// 有初始值
int[] numbers = new int[] { 1, 3, 2, 5, 4 };
List<int> nums = numbers.ToList();
```
=== "Go"
```go title="list_test.go"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
nums1 := []int
// 有初始值
nums := []int{1, 3, 2, 5, 4}
```
=== "Swift"
```swift title="list.swift"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
let nums1: [Int] = []
// 有初始值
var nums = [1, 3, 2, 5, 4]
```
=== "JS"
```javascript title="list.js"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
const nums1 = [];
// 有初始值
const nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```
=== "TS"
```typescript title="list.ts"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
const nums1: number[] = [];
// 有初始值
const nums: number[] = [1, 3, 2, 5, 4];
```
=== "Dart"
```dart title="list.dart"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
List<int> nums1 = [];
// 有初始值
List<int> nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```
=== "Rust"
```rust title="list.rs"
/* 初始化列表 */
// 无初始值
let nums1: Vec<i32> = Vec::new();
// 有初始值
let nums: Vec<i32> = vec![1, 3, 2, 5, 4];
```
=== "C"
```c title="list.c"
// C 未提供内置动态数组
```
=== "Zig"
```zig title="list.zig"
// 初始化列表
var nums = std.ArrayList(i32).init(std.heap.page_allocator);
defer nums.deinit();
try nums.appendSlice(&[_]i32{ 1, 3, 2, 5, 4 });
```
访问元素
列表本质上是数组,因此可以在 O(1)
时间内访问和更新元素,效率很高。
=== "Python"
```python title="list.py"
# 访问元素
num: int = nums[1] # 访问索引 1 处的元素
# 更新元素
nums[1] = 0 # 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "C++"
```cpp title="list.cpp"
/* 访问元素 */
int num = nums[1]; // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "Java"
```java title="list.java"
/* 访问元素 */
int num = nums.get(1); // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums.set(1, 0); // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "C#"
```csharp title="list.cs"
/* 访问元素 */
int num = nums[1]; // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "Go"
```go title="list_test.go"
/* 访问元素 */
num := nums[1] // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0 // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "Swift"
```swift title="list.swift"
/* 访问元素 */
let num = nums[1] // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0 // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "JS"
```javascript title="list.js"
/* 访问元素 */
const num = nums[1]; // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "TS"
```typescript title="list.ts"
/* 访问元素 */
const num: number = nums[1]; // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "Dart"
```dart title="list.dart"
/* 访问元素 */
int num = nums[1]; // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "Rust"
```rust title="list.rs"
/* 访问元素 */
let num: i32 = nums[1]; // 访问索引 1 处的元素
/* 更新元素 */
nums[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
=== "C"
```c title="list.c"
// C 未提供内置动态数组
```
=== "Zig"
```zig title="list.zig"
// 访问元素
var num = nums.items[1]; // 访问索引 1 处的元素
// 更新元素
nums.items[1] = 0; // 将索引 1 处的元素更新为 0
```
插入与删除元素
相较于数组,列表可以自由地添加与删除元素。在列表尾部添加元素的时间复杂度为 O(1)
,但插入和删除元素的效率仍与数组相同,时间复杂度为 O(n)
。
=== "Python"
```python title="list.py"
# 清空列表
nums.clear()
# 尾部添加元素
nums.append(1)
nums.append(3)
nums.append(2)
nums.append(5)
nums.append(4)
# 中间插入元素
nums.insert(3, 6) # 在索引 3 处插入数字 6
# 删除元素
nums.pop(3) # 删除索引 3 处的元素
```
=== "C++"
```cpp title="list.cpp"
/* 清空列表 */
nums.clear();
/* 尾部添加元素 */
nums.push_back(1);
nums.push_back(3);
nums.push_back(2);
nums.push_back(5);
nums.push_back(4);
/* 中间插入元素 */
nums.insert(nums.begin() + 3, 6); // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums.erase(nums.begin() + 3); // 删除索引 3 处的元素
```
=== "Java"
```java title="list.java"
/* 清空列表 */
nums.clear();
/* 尾部添加元素 */
nums.add(1);
nums.add(3);
nums.add(2);
nums.add(5);
nums.add(4);
/* 中间插入元素 */
nums.add(3, 6); // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums.remove(3); // 删除索引 3 处的元素
```
=== "C#"
```csharp title="list.cs"
/* 清空列表 */
nums.Clear();
/* 尾部添加元素 */
nums.Add(1);
nums.Add(3);
nums.Add(2);
nums.Add(5);
nums.Add(4);
/* 中间插入元素 */
nums.Insert(3, 6);
/* 删除元素 */
nums.RemoveAt(3);
```
=== "Go"
```go title="list_test.go"
/* 清空列表 */
nums = nil
/* 尾部添加元素 */
nums = append(nums, 1)
nums = append(nums, 3)
nums = append(nums, 2)
nums = append(nums, 5)
nums = append(nums, 4)
/* 中间插入元素 */
nums = append(nums[:3], append([]int{6}, nums[3:]...)...) // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums = append(nums[:3], nums[4:]...) // 删除索引 3 处的元素
```
=== "Swift"
```swift title="list.swift"
/* 清空列表 */
nums.removeAll()
/* 尾部添加元素 */
nums.append(1)
nums.append(3)
nums.append(2)
nums.append(5)
nums.append(4)
/* 中间插入元素 */
nums.insert(6, at: 3) // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums.remove(at: 3) // 删除索引 3 处的元素
```
=== "JS"
```javascript title="list.js"
/* 清空列表 */
nums.length = 0;
/* 尾部添加元素 */
nums.push(1);
nums.push(3);
nums.push(2);
nums.push(5);
nums.push(4);
/* 中间插入元素 */
nums.splice(3, 0, 6);
/* 删除元素 */
nums.splice(3, 1);
```
=== "TS"
```typescript title="list.ts"
/* 清空列表 */
nums.length = 0;
/* 尾部添加元素 */
nums.push(1);
nums.push(3);
nums.push(2);
nums.push(5);
nums.push(4);
/* 中间插入元素 */
nums.splice(3, 0, 6);
/* 删除元素 */
nums.splice(3, 1);
```
=== "Dart"
```dart title="list.dart"
/* 清空列表 */
nums.clear();
/* 尾部添加元素 */
nums.add(1);
nums.add(3);
nums.add(2);
nums.add(5);
nums.add(4);
/* 中间插入元素 */
nums.insert(3, 6); // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums.removeAt(3); // 删除索引 3 处的元素
```
=== "Rust"
```rust title="list.rs"
/* 清空列表 */
nums.clear();
/* 尾部添加元素 */
nums.push(1);
nums.push(3);
nums.push(2);
nums.push(5);
nums.push(4);
/* 中间插入元素 */
nums.insert(3, 6); // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums.remove(3); // 删除索引 3 处的元素
```
=== "C"
```c title="list.c"
// C 未提供内置动态数组
```
=== "Zig"
```zig title="list.zig"
// 清空列表
nums.clearRetainingCapacity();
// 尾部添加元素
try nums.append(1);
try nums.append(3);
try nums.append(2);
try nums.append(5);
try nums.append(4);
// 中间插入元素
try nums.insert(3, 6); // 在索引 3 处插入数字 6
// 删除元素
_ = nums.orderedRemove(3); // 删除索引 3 处的元素
```
遍历列表
与数组一样,列表可以根据索引遍历,也可以直接遍历各元素。
=== "Python"
```python title="list.py"
# 通过索引遍历列表
count = 0
for i in range(len(nums)):
count += 1
# 直接遍历列表元素
count = 0
for num in nums:
count += 1
```
=== "C++"
```cpp title="list.cpp"
/* 通过索引遍历列表 */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
count++;
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
for (int num : nums) {
count++;
}
```
=== "Java"
```java title="list.java"
/* 通过索引遍历列表 */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
count++;
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
for (int num : nums) {
count++;
}
```
=== "C#"
```csharp title="list.cs"
/* 通过索引遍历列表 */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.Count; i++) {
count++;
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
foreach (int num in nums) {
count++;
}
```
=== "Go"
```go title="list_test.go"
/* 通过索引遍历列表 */
count := 0
for i := 0; i < len(nums); i++ {
count++
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0
for range nums {
count++
}
```
=== "Swift"
```swift title="list.swift"
/* 通过索引遍历列表 */
var count = 0
for _ in nums.indices {
count += 1
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0
for _ in nums {
count += 1
}
```
=== "JS"
```javascript title="list.js"
/* 通过索引遍历列表 */
let count = 0;
for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
count++;
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
for (const num of nums) {
count++;
}
```
=== "TS"
```typescript title="list.ts"
/* 通过索引遍历列表 */
let count = 0;
for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
count++;
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
for (const num of nums) {
count++;
}
```
=== "Dart"
```dart title="list.dart"
/* 通过索引遍历列表 */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
count++;
}
/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
for (int num in nums) {
count++;
}
```
=== "Rust"
```rust title="list.rs"
/* 通过索引遍历列表 */
let mut count = 0;
for (index, value) in nums.iter().enumerate() {
count += 1;
}
/* 直接遍历列表元素 */
let mut count = 0;
for value in nums.iter() {
count += 1;
}
```
=== "C"
```c title="list.c"
// C 未提供内置动态数组
```
=== "Zig"
```zig title="list.zig"
// 通过索引遍历列表
var count: i32 = 0;
var i: i32 = 0;
while (i < nums.items.len) : (i += 1) {
count += 1;
}
// 直接遍历列表元素
count = 0;
for (nums.items) |_| {
count += 1;
}
```
拼接列表
给定一个新列表 nums1
,我们可以将该列表拼接到原列表的尾部。
=== "Python"
```python title="list.py"
# 拼接两个列表
nums1: nums[int] = [6, 8, 7, 10, 9]
nums += nums1 # 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "C++"
```cpp title="list.cpp"
/* 拼接两个列表 */
vector<int> nums1 = { 6, 8, 7, 10, 9 };
// 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
nums.insert(nums.end(), nums1.begin(), nums1.end());
```
=== "Java"
```java title="list.java"
/* 拼接两个列表 */
List<Integer> nums1 = new ArrayList<>(Arrays.asList(new Integer[] { 6, 8, 7, 10, 9 }));
nums.addAll(nums1); // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "C#"
```csharp title="list.cs"
/* 拼接两个列表 */
List<int> nums1 = new() { 6, 8, 7, 10, 9 };
nums.AddRange(nums1); // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "Go"
```go title="list_test.go"
/* 拼接两个列表 */
nums1 := []int{6, 8, 7, 10, 9}
nums = append(nums, nums1...) // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "Swift"
```swift title="list.swift"
/* 拼接两个列表 */
let nums1 = [6, 8, 7, 10, 9]
nums.append(contentsOf: nums1) // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "JS"
```javascript title="list.js"
/* 拼接两个列表 */
const nums1 = [6, 8, 7, 10, 9];
nums.push(...nums1); // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "TS"
```typescript title="list.ts"
/* 拼接两个列表 */
const nums1: number[] = [6, 8, 7, 10, 9];
nums.push(...nums1); // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "Dart"
```dart title="list.dart"
/* 拼接两个列表 */
List<int> nums1 = [6, 8, 7, 10, 9];
nums.addAll(nums1); // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
=== "Rust"
```rust title="list.rs"
/* 拼接两个列表 */
let nums1: Vec<i32> = vec![6, 8, 7, 10, 9];
nums.extend(nums1);
```
=== "C"
```c title="list.c"
// C 未提供内置动态数组
```
=== "Zig"
```zig title="list.zig"
// 拼接两个列表
var nums1 = std.ArrayList(i32).init(std.heap.page_allocator);
defer nums1.deinit();
try nums1.appendSlice(&[_]i32{ 6, 8, 7, 10, 9 });
try nums.insertSlice(nums.items.len, nums1.items); // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
```
排序列表
完成列表排序后,我们便可以使用在数组类算法题中经常考察的“二分查找”和“双指针”算法。
=== "Python"
```python title="list.py"
# 排序列表
nums.sort() # 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "C++"
```cpp title="list.cpp"
/* 排序列表 */
sort(nums.begin(), nums.end()); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "Java"
```java title="list.java"
/* 排序列表 */
Collections.sort(nums); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "C#"
```csharp title="list.cs"
/* 排序列表 */
nums.Sort(); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "Go"
```go title="list_test.go"
/* 排序列表 */
sort.Ints(nums) // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "Swift"
```swift title="list.swift"
/* 排序列表 */
nums.sort() // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "JS"
```javascript title="list.js"
/* 排序列表 */
nums.sort((a, b) => a - b); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "TS"
```typescript title="list.ts"
/* 排序列表 */
nums.sort((a, b) => a - b); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "Dart"
```dart title="list.dart"
/* 排序列表 */
nums.sort(); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "Rust"
```rust title="list.rs"
/* 排序列表 */
nums.sort(); // 排序后,列表元素从小到大排列
```
=== "C"
```c title="list.c"
// C 未提供内置动态数组
```
=== "Zig"
```zig title="list.zig"
// 排序列表
std.sort.sort(i32, nums.items, {}, comptime std.sort.asc(i32));
```
列表实现
许多编程语言都提供内置的列表,例如 Java、C++、Python 等。它们的实现比较复杂,各个参数的设定也非常有考究,例如初始容量、扩容倍数等。感兴趣的读者可以查阅源码进行学习。
为了加深对列表工作原理的理解,我们尝试实现一个简易版列表,包括以下三个重点设计。
- 初始容量:选取一个合理的数组初始容量。在本示例中,我们选择 10 作为初始容量。
- 数量记录:声明一个变量
size
,用于记录列表当前元素数量,并随着元素插入和删除实时更新。根据此变量,我们可以定位列表尾部,以及判断是否需要扩容。 - 扩容机制:若插入元素时列表容量已满,则需要进行扩容。首先根据扩容倍数创建一个更大的数组,再将当前数组的所有元素依次移动至新数组。在本示例中,我们规定每次将数组扩容至之前的 2 倍。
=== "Python"
```python title="my_list.py"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "C++"
```cpp title="my_list.cpp"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "Java"
```java title="my_list.java"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "C#"
```csharp title="my_list.cs"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "Go"
```go title="my_list.go"
[class]{myList}-[func]{}
```
=== "Swift"
```swift title="my_list.swift"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "JS"
```javascript title="my_list.js"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "TS"
```typescript title="my_list.ts"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "Dart"
```dart title="my_list.dart"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "Rust"
```rust title="my_list.rs"
[class]{MyList}-[func]{}
```
=== "C"
```c title="my_list.c"
[class]{myList}-[func]{}
```
=== "Zig"
```zig title="my_list.zig"
[class]{MyList}-[func]{}
```