hello-algo/ru/docs/chapter_array_and_linkedlist/list.md

Список

Список (list) — это абстрактная концепция структуры данных, которая представляет упорядоченную коллекцию элементов, поддерживающую операции доступа, изменения, добавления, удаления и обхода элементов, без необходимости учитывать ограничения по емкости. Список может быть реализован на основе связного списка или массива.

• Связный список естественным образом можно рассматривать как список, он поддерживает операции добавления, удаления, поиска и изменения элементов, а также может гибко динамически расширяться.
• Массив также поддерживает операции добавления, удаления, поиска и изменения элементов, но из-за неизменности его длины его можно рассматривать только как список с ограничением по длине.

При реализации списка с помощью массива свойство неизменности длины приводит к снижению практичности списка. Это связано с тем, что мы обычно не можем заранее определить, сколько данных необходимо хранить, что затрудняет выбор подходящей длины списка. Если длина слишком мала, то, скорее всего, не удастся удовлетворить потребности использования; если длина слишком велика, это приведет к потере памяти.

Для решения этой проблемы мы можем использовать динамический массив (dynamic array) для реализации списка. Он наследует все преимущества массива и может динамически расширяться во время выполнения программы.

На самом деле, многие стандартные библиотеки языков программирования предоставляют списки, реализованные на основе динамических массивов, например list в Python, ArrayList в Java, vector в C++ и List в C#. В дальнейшем обсуждении мы будем рассматривать «список» и «динамический массив» как эквивалентные понятия.

Основные операции со списком

Инициализация списка

Обычно мы используем два метода инициализации: «без начальных значений» и «с начальными значениями»:

=== "Python"

```python title="list.py"
# Инициализация списка
# Без начальных значений
nums1: list[int] = []
# С начальными значениями
nums: list[int] = [1, 3, 2, 5, 4]
```

=== "C++"

```cpp title="list.cpp"
/* Инициализация списка */
// Обратите внимание, что в C++ vector является описываемым здесь nums
// Без начальных значений
vector<int> nums1;
// С начальными значениями
vector<int> nums = { 1, 3, 2, 5, 4 };
```

=== "Java"

```java title="list.java"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
List<Integer> nums1 = new ArrayList<>();
// С начальными значениями (обратите внимание, что тип элементов массива должен быть Integer[] — обёрткой int[])
Integer[] numbers = new Integer[] { 1, 3, 2, 5, 4 };
List<Integer> nums = new ArrayList<>(Arrays.asList(numbers));
```

=== "C#"

```csharp title="list.cs"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
List<int> nums1 = [];
// С начальными значениями
int[] numbers = [1, 3, 2, 5, 4];
List<int> nums = [.. numbers];
```

=== "Go"

```go title="list_test.go"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
nums1 := []int{}
// С начальными значениями
nums := []int{1, 3, 2, 5, 4}
```

=== "Swift"

```swift title="list.swift"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
let nums1: [Int] = []
// С начальными значениями
var nums = [1, 3, 2, 5, 4]
```

=== "JS"

```javascript title="list.js"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
const nums1 = [];
// С начальными значениями
const nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "TS"

```typescript title="list.ts"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
const nums1: number[] = [];
// С начальными значениями
const nums: number[] = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "Dart"

```dart title="list.dart"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
List<int> nums1 = [];
// С начальными значениями
List<int> nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "Rust"

```rust title="list.rs"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
let nums1: Vec<i32> = Vec::new();
// С начальными значениями
let nums: Vec<i32> = vec![1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "C"

```c title="list.c"
// C не предоставляет встроенный динамический массив
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="list.kt"
/* Инициализация списка */
// Без начальных значений
var nums1 = listOf<Int>()
// С начальными значениями
var numbers = arrayOf(1, 3, 2, 5, 4)
var nums = numbers.toMutableList()
```

=== "Ruby"

```ruby title="list.rb"
# Инициализация списка
# Без начальных значений
nums1 = []
# С начальными значениями
nums = [1, 3, 2, 5, 4]
```

??? pythontutor "Визуализация выполнения"

https://pythontutor.com/render.html#code=%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%88%97%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E6%97%A0%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%80%BC%0A%20%20%20%20nums1%20%3D%20%5B%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9C%89%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%80%BC%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D&cumulative=false&curInstr=4&heapPrimitives=nevernest&mode=display&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false

Доступ к элементам

Список по сути является массивом, поэтому можно получить доступ и обновить элементы за время O(1), что очень эффективно.

=== "Python"

```python title="list.py"
# Доступ к элементам
num: int = nums[1]  # Доступ к элементу по индексу 1

# Обновление элементов
nums[1] = 0    # Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "C++"

```cpp title="list.cpp"
/* Доступ к элементам */
int num = nums[1];  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0;  // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "Java"

```java title="list.java"
/* Доступ к элементам */
int num = nums.get(1);  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums.set(1, 0);  // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "C#"

```csharp title="list.cs"
/* Доступ к элементам */
int num = nums[1];  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0;  // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "Go"

```go title="list_test.go"
/* Доступ к элементам */
num := nums[1]  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0     // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "Swift"

```swift title="list.swift"
/* Доступ к элементам */
let num = nums[1] // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0 // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "JS"

```javascript title="list.js"
/* Доступ к элементам */
const num = nums[1];  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0;  // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "TS"

```typescript title="list.ts"
/* Доступ к элементам */
const num: number = nums[1];  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0;  // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "Dart"

```dart title="list.dart"
/* Доступ к элементам */
int num = nums[1];  // Доступ к элементу по индексу 1

/* Обновление элементов */
nums[1] = 0;  // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "Rust"

```rust title="list.rs"
/* Доступ к элементам */
let num: i32 = nums[1];  // Доступ к элементу по индексу 1
/* Обновление элементов */
nums[1] = 0;             // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "C"

```c title="list.c"
// C не предоставляет встроенный динамический массив
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="list.kt"
/* Доступ к элементам */
val num = nums[1]       // Доступ к элементу по индексу 1
/* Обновление элементов */
nums[1] = 0             // Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

=== "Ruby"

```ruby title="list.rb"
# Доступ к элементам
num = nums[1] # Доступ к элементу по индексу 1
# Обновление элементов
nums[1] = 0 # Обновление элемента по индексу 1 до 0
```

??? pythontutor "Визуализация выполнения"

https://pythontutor.com/render.html#code=%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%88%97%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20num%20%3D%20nums%5B1%5D%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E7%B4%A2%E5%BC%95%201%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9B%B4%E6%96%B0%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20nums%5B1%5D%20%3D%200%20%20%20%20%23%20%E5%B0%86%E7%B4%A2%E5%BC%95%201%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%E6%9B%B4%E6%96%B0%E4%B8%BA%200&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&mode=display&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false

Вставка и удаление элементов

По сравнению с массивом, список может свободно добавлять и удалять элементы. Добавление элементов в конец списка имеет временную сложность O(1), но эффективность вставки и удаления элементов остается такой же, как у массива, с временной сложностью O(n).

=== "Python"

```python title="list.py"
# Очистка списка
nums.clear()

# Добавление элементов в конец
nums.append(1)
nums.append(3)
nums.append(2)
nums.append(5)
nums.append(4)

# Вставка элемента в середину
nums.insert(3, 6)  # Вставка числа 6 по индексу 3

# Удаление элемента
nums.pop(3)        # Удаление элемента по индексу 3
```

=== "C++"

```cpp title="list.cpp"
/* Очистка списка */
nums.clear();

/* Добавление элементов в конец */
nums.push_back(1);
nums.push_back(3);
nums.push_back(2);
nums.push_back(5);
nums.push_back(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.insert(nums.begin() + 3, 6);  // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.erase(nums.begin() + 3);      // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "Java"

```java title="list.java"
/* Очистка списка */
nums.clear();

/* Добавление элементов в конец */
nums.add(1);
nums.add(3);
nums.add(2);
nums.add(5);
nums.add(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.add(3, 6);  // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.remove(3);  // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "C#"

```csharp title="list.cs"
/* Очистка списка */
nums.Clear();

/* Добавление элементов в конец */
nums.Add(1);
nums.Add(3);
nums.Add(2);
nums.Add(5);
nums.Add(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.Insert(3, 6);  // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.RemoveAt(3);  // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "Go"

```go title="list_test.go"
/* Очистка списка */
nums = nil

/* Добавление элементов в конец */
nums = append(nums, 1)
nums = append(nums, 3)
nums = append(nums, 2)
nums = append(nums, 5)
nums = append(nums, 4)

/* Вставка элемента в середину */
nums = append(nums[:3], append([]int{6}, nums[3:]...)...) // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums = append(nums[:3], nums[4:]...) // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "Swift"

```swift title="list.swift"
/* Очистка списка */
nums.removeAll()

/* Добавление элементов в конец */
nums.append(1)
nums.append(3)
nums.append(2)
nums.append(5)
nums.append(4)

/* Вставка элемента в середину */
nums.insert(6, at: 3) // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.remove(at: 3) // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "JS"

```javascript title="list.js"
/* Очистка списка */
nums.length = 0;

/* Добавление элементов в конец */
nums.push(1);
nums.push(3);
nums.push(2);
nums.push(5);
nums.push(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.splice(3, 0, 6); // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.splice(3, 1);  // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "TS"

```typescript title="list.ts"
/* Очистка списка */
nums.length = 0;

/* Добавление элементов в конец */
nums.push(1);
nums.push(3);
nums.push(2);
nums.push(5);
nums.push(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.splice(3, 0, 6); // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.splice(3, 1);  // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "Dart"

```dart title="list.dart"
/* Очистка списка */
nums.clear();

/* Добавление элементов в конец */
nums.add(1);
nums.add(3);
nums.add(2);
nums.add(5);
nums.add(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.insert(3, 6); // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.removeAt(3); // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "Rust"

```rust title="list.rs"
/* Очистка списка */
nums.clear();

/* Добавление элементов в конец */
nums.push(1);
nums.push(3);
nums.push(2);
nums.push(5);
nums.push(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.insert(3, 6);  // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.remove(3);    // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "C"

```c title="list.c"
// C не предоставляет встроенный динамический массив
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="list.kt"
/* Очистка списка */
nums.clear();

/* Добавление элементов в конец */
nums.add(1);
nums.add(3);
nums.add(2);
nums.add(5);
nums.add(4);

/* Вставка элемента в середину */
nums.add(3, 6);  // Вставка числа 6 по индексу 3

/* Удаление элемента */
nums.remove(3);  // Удаление элемента по индексу 3
```

=== "Ruby"

```ruby title="list.rb"
# Очистка списка
nums.clear

# Добавление элементов в конец
nums << 1
nums << 3
nums << 2
nums << 5
nums << 4

# Вставка элемента в середину
nums.insert(3, 6) # Вставка числа 6 по индексу 3

# Удаление элемента
nums.delete_at(3) # Удаление элемента по индексу 3
```

??? pythontutor "Визуализация выполнения"

https://pythontutor.com/render.html#code=%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9C%89%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%80%BC%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20%0A%20%20%20%20%23%20%E6%B8%85%E7%A9%BA%E5%88%97%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20nums.clear%28%29%0A%20%20%20%20%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%E5%B0%BE%E9%83%A8%E6%B7%BB%E5%8A%A0%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20nums.append%281%29%0A%20%20%20%20nums.append%283%29%0A%20%20%20%20nums.append%282%29%0A%20%20%20%20nums.append%285%29%0A%20%20%20%20nums.append%284%29%0A%20%20%20%20%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%E4%B8%AD%E9%97%B4%E6%8F%92%E5%85%A5%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20nums.insert%283,%206%29%20%20%23%20%E5%9C%A8%E7%B4%A2%E5%BC%95%203%20%E5%A4%84%E6%8F%92%E5%85%A5%E6%95%B0%E5%AD%97%206%0A%20%20%20%20%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A0%E9%99%A4%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20nums.pop%283%29%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%88%A0%E9%99%A4%E7%B4%A2%E5%BC%95%203%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&mode=display&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false

Обход списка

Как и массив, список можно обходить по индексу, а также можно напрямую обходить элементы.

=== "Python"

```python title="list.py"
# Обход списка по индексу
count = 0
for i in range(len(nums)):
    count += nums[i]

# Прямой обход элементов списка
for num in nums:
    count += num
```

=== "C++"

```cpp title="list.cpp"
/* Обход списка по индексу */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
    count += nums[i];
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0;
for (int num : nums) {
    count += num;
}
```

=== "Java"

```java title="list.java"
/* Обход списка по индексу */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
    count += nums.get(i);
}

/* Прямой обход элементов списка */
for (int num : nums) {
    count += num;
}
```

=== "C#"

```csharp title="list.cs"
/* Обход списка по индексу */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.Count; i++) {
    count += nums[i];
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0;
foreach (int num in nums) {
    count += num;
}
```

=== "Go"

```go title="list_test.go"
/* Обход списка по индексу */
count := 0
for i := 0; i < len(nums); i++ {
    count += nums[i]
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0
for _, num := range nums {
    count += num
}
```

=== "Swift"

```swift title="list.swift"
/* Обход списка по индексу */
var count = 0
for i in nums.indices {
    count += nums[i]
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0
for num in nums {
    count += num
}
```

=== "JS"

```javascript title="list.js"
/* Обход списка по индексу */
let count = 0;
for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
    count += nums[i];
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0;
for (const num of nums) {
    count += num;
}
```

=== "TS"

```typescript title="list.ts"
/* Обход списка по индексу */
let count = 0;
for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
    count += nums[i];
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0;
for (const num of nums) {
    count += num;
}
```

=== "Dart"

```dart title="list.dart"
/* Обход списка по индексу */
int count = 0;
for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    count += nums[i];
}

/* Прямой обход элементов списка */
count = 0;
for (var num in nums) {
    count += num;
}
```

=== "Rust"

```rust title="list.rs"
// Обход списка по индексу
let mut _count = 0;
for i in 0..nums.len() {
    _count += nums[i];
}

// Прямой обход элементов списка
_count = 0;
for num in &nums {
    _count += num;
}
```

=== "C"

```c title="list.c"
// C не предоставляет встроенный динамический массив
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="list.kt"
/* Обход списка по индексу */
var count = 0
for (i in nums.indices) {
    count += nums[i]
}

/* Прямой обход элементов списка */
for (num in nums) {
    count += num
}
```

=== "Ruby"

```ruby title="list.rb"
# Обход списка по индексу
count =