动态数组

10.1 动态数组的特性

动态数组是一种在程序运行时可以改变大小的数据结构。它们允许有效地管理元素集合，添加和删除元素而无需提前确定数组大小。

在Python中，动态数组是一个列表（内置类list），可以在任意位置添加、删除和修改元素。

动态数组的特性：

• 可变大小：动态数组可以根据需要增大和缩小。
• 快速索引访问：访问元素的时间是常数 O(1)。
• 自动内存管理：Python自动管理列表的内存分配和释放。
• 便捷的元素操作方法：内置方法可以轻松添加、删除和修改元素。

Python中动态数组的创建和使用示例：

# 创建列表
dynamic_array = [1, 2, 3, 4, 5]

# 添加元素
dynamic_array.append(6)
print(dynamic_array)  # 输出: [1, 2, 3, 4, 5, 6]

# 删除元素
dynamic_array.remove(3)
print(dynamic_array)  # 输出: [1, 2, 4, 5, 6]

# 索引访问
print(dynamic_array[2])  # 输出: 4

# 修改元素
dynamic_array[2] = 10
print(dynamic_array)  # 输出: [1, 2, 10, 5, 6]

10.2 动态数组的优缺点

动态数组有其优缺点。让我们仔细看看。

优点：

• 灵活性：动态数组可以根据程序需求改变大小，能够有效地管理内存和处理可变数据量。
• 快速索引访问：与静态数组一样，动态数组可以在常数时间 O(1) 内快速访问元素。
• 使用方便：Python的内置方法（例如 append, remove, insert）可以简化元素的操作，使代码更易读和维护。
• 自动内存管理：Python为动态数组自动管理内存，从而解放编程人员手动分配和释放内存的需求。

缺点：

• 内存重分配：当动态数组大小增加时，可能需要重新分配内存，并将元素复制到新的内存区域。这可能暂时减慢程序的执行。
• 插入和删除元素的开销：在数组中间插入和删除元素需要移动元素，耗时 O(n)。
• 略高的管理开销：相较于像C这样的低级语言，Python的动态数组由于自动内存管理和异常处理，会有额外的管理开销。

10.3 示例与应用

让我们看看Python中动态数组的一些使用示例。

1. 动态任务列表的实现：

tasks = []

# 添加任务
tasks.append("Task 1")
tasks.append("Task 2")
tasks.append("Task 3")

# 完成任务并将其从列表中删除
completed_task = tasks.pop(0)
print(f"Completed: {completed_task}")
print(f"Remaining tasks: {tasks}")  # 输出: Remaining tasks: ['Task 2', 'Task 3']

2. 动态对象列表的实现：

students = []

# 添加学生
students.append("Alice")
students.append("Bob")
students.append("Charlie")

# 删除学生
students.remove("Bob")
print(f"Students after removal: {students}")  # 输出: Students after removal: ['Alice', 'Charlie']

# 在指定位置添加学生
students.insert(1, "David")
print(f"Students after insertion: {students}")  # 输出: Students after insertion: ['Alice', 'David', 'Charlie']