链接列表

Question

python是否有一个列表构造函数，如OCaml（cons）（或lisp）中的::，它带有head元素和tail列表，并返回一个新的列出head::tail？

我搜索了python list构造函数，最后找到了关于__init__的其他内容。见例如Creating a list in Python- something sneaky going on?

为了澄清，我正在寻找的是Python found in this question中以下列表分解的反转：

head, *tail = [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

这给出了：

>>>head
1
>>> tail
[1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

我正在寻找一个列表构造函数，例如cons或::，以便

head :: tail  =>   original list

Answer 1

要回答你的问题，没有直接相当于你通常会在所谓的“功能”语言（lisp，OCaml，Haskell等）中找到的缺点。

那是因为有两种竞争模型来表示编程语言中的元素列表。

链接列表

您似乎熟悉的那个称为链表。

链表由缺陷单元组成，每个单元包含两个引用：

第一个朝向列表元素并称为 head
另一个朝向列表中的下一个cons-cell并且是 tail

因为列表很少是无限的，所以最后一个const单元通常指向一个特殊值，即空列表，有时称为 nil 。

如果您想将列表保存在变量中以供将来参考，您可以保留对第一个cons-cell的引用。

Here's a visual representation from Wikipedia

在这个模型中，每个列表都必须通过创建一个新的cons-cell向前面添加元素来构造，指向新元素作为其头部，并指向先前构建的子列表作为其尾部。这就是为什么cons运算符有时被称为列表构造函数。

阵列

这是Python等命令式语言通常首选的模型。在此模型中，列表只是对内存范围的引用。

我们假设您创建一个列表：

l = [1, 2, 3]

无论何时创建一个列表，Python都会为其分配一小段内存来存储元素，以及一些额外的空间，以防您以后想要添加元素。要存储它，您只需存储对第一个元素的引用，以及存储区域的大小，就像这样：

l  <-- your variable
|     ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
|->  |   |   |   |   |   |   |   |   |   |
     | 1 | 2 | 3 |   |   |   |   |   |   |
     |___|___|___|___|___|___|___|___|___|

如果您决定在列表末尾添加元素，则可以使用append

l.append(4)

导致以下列表：

 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
|   |   |   |   |   |   |   |   |   |
| 1 | 2 | 3 | 4 |   |   |   |   |   |
|___|___|___|___|___|___|___|___|___|

现在，假设您忘记了初始0，现在您希望将其添加到前面。你可以很好地使用insert方法（插入位置为0）：

l.insert(0, 0)

但是列表的开头没有空格！ Python别无选择，只能采用每个元素，并在右侧的位置一次复制一个元素：

 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
|   |   |   |   |   |   |   |   |   |
| 1 | 2 | 3 | 4 |   |   |   |   |   |
|___|___|___|___|___|___|___|___|___|
  |   |   |__ |___
  |   |___   |    |  First, Python has to copy the four elements
  |___    |  |    |  one space to the right 
 ___ _\/ _\/ \/_ _\/ ___ ___ ___ ___
|   |   |   |   |   |   |   |   |   |
|   | 1 | 2 | 3 | 4 |   |   |   |   |
|___|___|___|___|___|___|___|___|___|

Only then can it insert the 0 at the beginning

 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
|   |   |   |   |   |   |   |   |   |
| 0 | 1 | 2 | 3 |   |   |   |   |   |
|___|___|___|___|___|___|___|___|___|

对于如此小的阵列来说可能看起来不多，但想象你的阵列要大得多，而且你多次重复这个操作：你会花很多时间来建立你的列表！

这就是为什么你不会在像Python这样的列表中使用数组的语言中找到列表构造函数。

进一步潜水：为什么两个不同的型号？

您现在可能想知道为什么不同的语言会更喜欢不同的列表模型，以及两种模型中的一种是否优越。

这是因为这两种数据结构在不同的上下文中具有不同的性能。两个例子：

访问中间的元素

假设您想获得列表的第五个元素。

在链接列表中，您需要获取：

第一个利弊细胞
然后这个单元格的尾部得到第二个元素
然后这个单元格的尾部得到第三个元素
然后这个单元格的尾部得到第四个元素
最后这个单元格的尾部得到第五个元素

因此，你必须通过5个参考文献！

使用数组，这更简单：你知道第一个元素的引用。你只需要访问右边的参考4个点，因为元素都在一个连续的内存范围内！

如果您需要多次访问非常大的列表的随机元素，那么数组会更好。

在中间插入元素

想象一下，你现在想在中间插入一个元素。

使用链接列表：

找到与插入点之前的最后一个元素对应的cons单元格。
您创建了一个新的cons单元格，其头部指向您要添加的元素，并且尾部与您刚刚找到的cons单元格相同。
您现在可以将此单元格的尾部更改为指向新创建的单元格。

使用数组，就像在中间添加元素一样，您需要将插入点右侧的每个元素复制到右侧一个空格！

在这种情况下，这是明显优越的链表。

Answer 2

Python列表是可变的，与OCaml相比，它们具有不可变的值语义，但如果a是一个项目而b是一个列表，则可以获得所需的结果[a] + b将返回包含a的新列表，后跟b中的项目，而不会修改a或b。但是，建立列表的一种更常见的模式是append或extend就地。

Answer 3

有些人建议你这样做：

a = 1
b = [2, 3, 4, 5]
c = [a] + b

如果b的类型为list，则该工作正常。但是，通常您会发现自己使用的是列表或元组或（在此处插入您喜欢的可迭代对象）的对象。在这种情况下，你可能更值得做：

a = 1
b = (2, 3, 4, 5)
c = [a]
c.extend(b)

这使整个事物与b的类型无关（这使得你的代码更加“迷人”，这可能有点好）。。

当然，还有其他选择。。。例如，您可以选择覆盖itertools：

import itertools
a = 1
b = [2, 3, 4, 5]
lazy_c = itertools.chain([a], b)

我们再次受益于不关心什么类型的可迭代b，和我们选择了懒惰迭代的附带好处 - 我们不会制作新列表或元组。我们只是创建一个对象，当你迭代它时会产生同样的东西。这可以节省内存（有时可以节省CPU的周期），但如果b也是一种类似于生成器的对象，同时在其他地方进行迭代，也可能产生意想不到的后果（不会经常偶然发生。）

Answer 4

您可以使用列表连接

head = 1
tail = [2,3,4]
lst = [head] + tail # [1,2,3,4]

python有一个列表构造函数吗？

4 个答案:

链接列表

阵列

进一步潜水：为什么两个不同的型号？

访问中间的元素

在中间插入元素