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20151910042-刘鹏-DSA实验05-数组序列实验1

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云南大学数学与统计学院上机实践报告课程名称：数据结构与算法实验年级：2015级上机实践成绩：指导教师：陆正福姓名：刘鹏上机实践名称：数组序列实验学号：20151

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云南大学数学与统计学院数学系信息与计算科学专业

第 1 页共 51 页

云南大学数学与统计学院

上机实践报告

课程名称：数据结构与算法实验

年级：2015 级

上机实践成绩：

指导教师：陆正福

姓名：刘鹏

上机实践名称：数组序列实验

学号：20151910042

上机实践日期：2017-06-08

上机实践编号：No.05

组号：

上机实践时间：上午 3、4 节

一、实验目的

1. 熟悉与 Python 序列类型有关的数据结构与算法；

2. 熟悉主讲教材 Chapter 5 的代码片段。

二、实验内容

1. 数组序列有关的数据结构设计与算法设计

2. 调试主讲教材 Chapter 5 的 5.5.3 节的 Simple Cryptography 程序

三、实验平台

Windows 10 1703 Enterprise 中文版；

Python 3.6.0；

Wing IDE Professional 6.0.5-1 集成开发环境；

MATLAB R2017a；

Microsoft Office Excel 2016.

四、实验记录与实验结果分析

1 题

动态数组与均摊方法

程序代码：

# 5.3.0 Dynamic Arrays and Amortization

import sys # provides getsizeof function

data = []

for k in range(20): # NOTE: must fix choice of n

a = len(data) # number of elements

b = sys.getsizeof(data) # actual size in bytes

print('Length:{0:3d}; Size in bytes:{1:4d}'.format(a,b))

data.append(None) # increase by one

程序代码 1

云南大学数学与统计学院数学系信息与计算科学专业

第 2 页共 51 页

实验结果：

运行结果 1

代码分析：

这是个分析数组大小与内存占用量的函数，通过与系统交互，得到实际数据。很显然，理论数据与内存占用不相同，

正式因为 Python 是动态语言。这里的实验仅仅是一个尝试，课本后面有这后面有着详细的解释。这是一种“等比性质”的

动态数组，有着很多优越性。

云南大学数学与统计学院数学系信息与计算科学专业

第 3 页共 51 页

2 题

动态数组的实现。

程序代码：

# 5.3.1 Implementing a Dynamic Array

import ctypes # provides low-level arrays

class DynamicArray:

"""A dynamic array class akin to a simplified Python list."""

def __init__(self):

"""Create an empty array."""

self._n = 0 # count actual elements

self._capacity = 1 # default array capacity

self._A = self._make_array(self._capacity) # low-level array

def __len__(self):

"""Return number of elements stored in the array."""

return self._n

def __getitem__(self,k):

"""Return element at index k."""

if not 0 <= k < self._n:

raise IndexError('invalid index')

return self._A[k] # retrieve from array

def append(self,obj):

"""Add object to end of the array."""

if self._n == self._capacity: # not enough room

self._resize(2 * self._capacity) #so double capacity

self._A[self._n] = obj

self._n += 1

def _resize(self,c): # nonpublic utitity

"""Resize internal array to capacity c."""

B = self._make_array(c) # new (bigger) array

for k in range(self._n): # for each existing value

B[k] = self._A[k]

self._A = B # use the bigger array

self._capacity = c

def _make_array(self,c): # nonpublic utitity

"""Return new array with capacity c."""

return(c * ctypes.py_object)() # see ctypes documentation

#----------------------------- my main function -----------------------------

a = DynamicArray()

云南大学数学与统计学院数学系信息与计算科学专业

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print('1: The size of a is:',a._capacity)

a.append(1)

a.append(2)

a.append(3)

print('2: The size of a is:',a._capacity)

a._resize(40)

print('3: The size of a is:',a._capacity)

print('4: The number of elements in a is:',a._n)

程序代码 2

运行结果：

运行结果 2

代码分析：

这个代码仅仅作为一个参考，但是实际并不能用，因为 DynamicArray 类的封装做得很差，函数是用单下划线开头的

保护类型，这里为了安全起见，应该将之设计为 private 类型，即双下划线开头。这样一来，类的使用者就看不到 capacity

和 n，更无法修改这两个数值，这就安全了很多。

值得指出的就是_make_array 函数里的 ctypes.py_object 函数了，这里用 help(ctypes.py_object)获取了帮助文档。

云南大学数学与统计学院数学系信息与计算科学专业

第 5 页共 51 页

关于 ctypes 的一些方法，doc 如下：

Help on class py_object in module ctypes:

class py_object(_ctypes._SimpleCData)

| XXX to be provided

| Method resolution order:

| py_object

| _ctypes._SimpleCData

| _ctypes._CData

| builtins.object

| Methods defined here:

| __repr__(self)

| Return repr(self).

| ----------------------------------------------------------------------

| Data descriptors defined here:

| __dict__

| dictionary for instance variables (if defined)

| __weakref__

| list of weak references to the object (if defined)

| ----------------------------------------------------------------------

| Methods inherited from _ctypes._SimpleCData:

| __bool__(self, /)

| self != 0

| __ctypes_from_outparam__(...)

| __init__(self, /, *args, **kwargs)

| Initialize self. See help(type(self)) for accurate signature.

| __new__(*args, **kwargs) from _ctypes.PyCSimpleType

| Create and return a new object. See help(type) for accurate signature.

| ----------------------------------------------------------------------

| Data descriptors inherited from _ctypes._SimpleCData:

| value

| current value

| ----------------------------------------------------------------------

| Methods inherited from _ctypes._CData:

| __hash__(self, /)

| Return hash(self).

| __reduce__(...)

| helper for pickle

| __setstate__(...)

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