Python列表是单链表还是双链表？

Posted 2023-02-14

【中文标题】Python列表是单链表还是双链表？

【英文标题】：Is a Python list a singly or doubly linked list?

【发布时间】：2013-02-13 20:08:43

【问题描述】：

我想知道使用 append() 构建的 Python v2.7 列表的复杂性顺序是多少？ Python列表是双向链接的，因此它是恒定的复杂性，还是单链接的，因此是线性复杂性？如果它是单链接的，我如何在线性时间内从一个迭代中构建一个列表，该迭代按从头到尾的顺序提供列表的值？

例如：

def holes_between(intervals):
  # Compute the holes between the intervals, for example:
  #     given the table: ([ 8,  9] [14, 18] [19, 20] [23, 32] [34, 49])
  #   compute the holes: ([10, 13] [21, 22] [33, 33])
  prec = intervals[0][1] + 1 # Bootstrap the iteration
  holes = []
  for low, high in intervals[1:]:
    if prec <= low - 1:
      holes.append((prec, low - 1))
    prec = high + 1
  return holes

【问题讨论】：

根本不是链表。它本质上就是正式称为动态数组的东西。你从哪里知道它是一个链表？

@delnan 有点像。与某些其他语言不同，它不是静态的，否则append 根本不起作用。它更接近 Java 的 ArrayLists，以及其他语言中的类似结构。见Dynamic Arrays。编辑：对不起，我一开始没有看到“动态”。你是对的，当然。

@StjepanBakrac 这就是为什么我在发布后几乎立即将其编辑为“动态数组”;-)

我认为人们会觉得 Python 的列表是链接的，因为这就是它们在 Scheme、Lisp、Haskell、ML、Go、F#、OCaml、Clojure、Scala 和许多其他语言中的方式。在这方面，Python 没有遵循最小意外原则，并且违反了链表关于顺序统计的基本假设（即大 O 表示法）。这使得 Python 更难教授，因为列表和元组不是正交数据结构。

【参考方案1】：

pythonlist.append() 的时间复杂度为 O(1)。请参阅 Python Wiki 上的 Time Complexity list。

在内部，python 列表是指针的向量：

typedef struct 
    PyObject_VAR_HEAD
    /* Vector of pointers to list elements.  list[0] is ob_item[0], etc. */
    PyObject **ob_item;

    /* ob_item contains space for 'allocated' elements.  The number
     * currently in use is ob_size.
     * Invariants:
     *     0 <= ob_size <= allocated
     *     len(list) == ob_size
     *     ob_item == NULL implies ob_size == allocated == 0
     * list.sort() temporarily sets allocated to -1 to detect mutations.
     *
     * Items must normally not be NULL, except during construction when
     * the list is not yet visible outside the function that builds it.
     */
    Py_ssize_t allocated;
 PyListObject;

ob_item 向量根据需要调整大小并过度分配，以提供附加的摊销 O(1) 成本：

/* This over-allocates proportional to the list size, making room
 * for additional growth.  The over-allocation is mild, but is
 * enough to give linear-time amortized behavior over a long
 * sequence of appends() in the presence of a poorly-performing
 * system realloc().
 * The growth pattern is:  0, 4, 8, 16, 25, 35, 46, 58, 72, 88, ...
 */
new_allocated = (newsize >> 3) + (newsize < 9 ? 3 : 6);

这使得 Python 列表 dynamic arrays。

【讨论】：

您分享的时间复杂度列表的链接很有帮助。谢谢。