Python List – 實現動態數組以存儲數據

一、Python List – 簡介

Python List 是 Python 內置的一個數據結構。它是一個有序的、可變的、允許重複元素的集合，可通過索引訪問任意元素。

Python List 的特點包括：

1. 可以包含不同類型的元素。
2. 可以進行索引和切片操作，支持負索引。
3. 可以進行增刪改查等操作，是一個非常靈活、方便的數據結構。

我們可以把 Python List 類比成數組，但 Python List 擁有更多更強大的功能，這使得 Python List 可以像動態數組一樣增長和縮小。

下面是一個 Python List 的基本定義和初始化示例：

# 定義一個 Python List
example_list = []

# 往 Python List 中添加元素
example_list.append(1)
example_list.append(2)
example_list.append(3)

# 輸出 Python List
print(example_list)   # [1, 2, 3]

二、Python List – 基本操作

Python List 提供了許多基本操作，例如添加元素、刪除元素、插入元素、排序等等。下面我們就來一一介紹。

1. 添加元素

Python List 提供了三種添加元素的方法：使用 append() 方法往列表末尾添加元素；使用 insert() 方法往列表指定位置添加元素；使用 extend() 方法在列表末尾添加另一個列表的所有元素。

下面是三種方法的示例：

# 使用 append() 往列表末尾添加元素
example_list = [1, 2, 3]
example_list.append(4)
print(example_list)   # [1, 2, 3, 4]

# 使用 insert() 往列表指定位置添加元素
example_list = [1, 2, 3]
example_list.insert(1, 4)
print(example_list)   # [1, 4, 2, 3]

# 使用 extend() 在列表末尾添加另一個列表的所有元素
example_list = [1, 2, 3]
another_list = [4, 5, 6]
example_list.extend(another_list)
print(example_list)   # [1, 2, 3, 4, 5, 6]

2. 刪除元素

Python List 提供了兩種刪除元素的方法：使用 remove() 方法刪除列表中的指定元素；使用 pop() 方法刪除列表中指定索引的元素。

下面是兩種方法的示例：

# 使用 remove() 方法刪除列表中的指定元素
example_list = [1, 2, 3]
example_list.remove(2)
print(example_list)   # [1, 3]

# 使用 pop() 方法刪除列表中指定索引的元素
example_list = [1, 2, 3]
example_list.pop(1)
print(example_list)   # [1, 3]

3. 插入元素

Python List 提供了 insert() 方法往列表指定位置插入元素，示例如下：

# 使用 insert() 方法往列表指定位置插入元素
example_list = [1, 2, 3]
example_list.insert(1, 4)
print(example_list)   # [1, 4, 2, 3]

4. 排序

Python List 提供了 sort() 方法對列表進行升序排序，也可以通過傳遞 reverse=True 參數對列表進行降序排序。示例如下：

# 對列表進行升序排序
example_list = [3, 1, 2]
example_list.sort()
print(example_list)   # [1, 2, 3]

# 對列表進行降序排序
example_list = [3, 1, 2]
example_list.sort(reverse=True)
print(example_list)   # [3, 2, 1]

三、Python List – 動態數組

Python List 在實現上使用了動態數組的概念。動態數組是一種可以動態增長和縮小的數組，相比於固定長度的數組具有更大的靈活性。

Python List 中的動態數組實現方式是：初始時會分配一定的存儲空間，當元素數量超過該空間時，會自動重新分配更大的存儲空間。這個過程稱為「重新分配」。

由於 Python List 實現了動態數組，因此我們可以在 Python List 中動態存儲數據，而不需要考慮容量限制。這也是 Python List 最為常用的一個功能。

下面是重新分配的示例：

# 初始化空列表，空列表默認分配一定的存儲空間
example_list = []
print(len(example_list))   # 0
print(sys.getsizeof(example_list))   # 56  # 獲得對象的大小

# 不斷向列表中加入元素
for i in range(10000):
    example_list.append(i)

print(len(example_list))   # 10000
print(sys.getsizeof(example_list))   # 90232

在上述示例中，初始化的空列表默認分配了一定的存儲空間，隨著元素數量的增加，Python List 的存儲空間也會動態增長。在元素數量達到了 10000 個時，Python List 已經重新分配了更大的存儲空間，這說明 Python List 已經具備了動態數組的特性。

四、Python List – 總結

Python List 是 Python 內置的一個靈活、方便的數據結構，它提供了多種基本操作，如添加元素、刪除元素、插入元素、排序等等。Python List 還實現了動態數組的概念，使得我們可以像動態數組一樣動態存儲數據。

Python List 的基本操作和動態數組實現方式，使其成為 Python 編程中最常用、最為方便的數據結構之一。