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Python 数据结构选择对算法性能的影响

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-26 19:18:01

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来源于php中文网

原创

列表随机访问O(1)但首部插入删除O(n),元组不可变且更轻量;字典和集合平均O(1)依赖哈希表,查存在性优先用set;deque两端操作O(1),适合队列场景。

python 数据结构选择对算法性能的影响

列表 vs 元组:随机访问快,但插入删除慢

Python 的 list 是动态数组,底层连续分配内存,所以 list[i] 是 O(1) 时间;但 list.insert(0, x)list.pop(0) 是 O(n),因为要移动后续所有元素。
tuple 不可变,创建后内存固定,访问同样 O(1),但无法增删——这不是限制,而是提示你:如果数据只读、且长度已知,用 tuple 更轻量,还能作为字典键。

  • 频繁在头部/中部插入?别硬扛 list,改用 collections.deque
  • 循环中反复调用 list.append() 是安全的,Python 已做倍增扩容优化
  • 把大 list 传给函数时,注意是引用传递;若不希望被意外修改,传 my_list.copy()list(my_list)

字典和集合的平均 O(1) 不是白来的

dictset 底层靠哈希表实现,理想情况下查找、插入、删除都是平均 O(1)。但实际性能受哈希冲突和负载因子影响:

  • 键类型必须可哈希(listdict 不行,tuple 可以)
  • 如果自定义类作键,必须正确定义 hasheq
  • 大量插入后,Python 会自动扩容重哈希,这时单次操作可能卡到 O(n)——但均摊仍是 O(1)
  • in 判断存在性:对 list 是 O(n),对 set 是 O(1),差距在十万级数据上就明显

当你要频繁查“有没有”,别用 list in

if x in my_list: 看似自然,但每次都是线性扫描。换成 my_set = set(my_list) 后再查,初始化多花 O(n),但后续每次 in 都省下大量时间。

  • 初始化成本可接受?比如数据只建一次、查几百次 → 换 set
  • 数据实时变动?用 set 同步增删,比每次重建划算
  • 内存敏感?setlist 占更多内存(哈希表有空槽),但通常值得
  • 注意:set 不保序,如果顺序重要,Python 3.7+ 的 dict 可模拟有序集合:{x: None for x in items}

deque 在队列场景下比 list 稳定得多

list 做队列(append() + pop(0))看似简单,但 pop(0) 每次都 O(n)。而 collections.deque 是双向链表+块状缓冲,两端操作都是 O(1)。

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  • BFS、滑动窗口、任务队列等场景,直接上 deque
  • deque 支持 appendleft()popleft()extendleft(),语义清晰
  • 不要用 deque[i] 随机访问——虽然支持,但退化为 O(n),不如转成 list 再取
  • 创建空 deque 开销略大于 list,但微乎其微;真正影响性能的是操作模式,不是构造本身

实际选型时,别只看「哪个更快」,要看「哪次操作最常发生」。一个算法里查 10 万次存在性,哪怕初始化多花 5ms,也远小于累计 2 秒的线性扫描。而很多人卡在“习惯写 list”,没意识到自己正在用 O(n) 解决本该 O(1) 的问题。

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