12_持久化数据结构

菜鸟：老鸟，我在处理一个项目时遇到了问题。我需要频繁地修改和查询一个数据结构，但每次修改后我都得复制整个结构，性能实在是太低了。有没有什么办法可以高效地处理这种情况？

老鸟：你提到了一个很有意思的问题。其实，有一种数据结构叫做“持久化数据结构”，可以帮助你解决这个问题。你听说过吗？

菜鸟：持久化数据结构？没听过。那是什么？

老鸟：持久化数据结构是一种特殊的数据结构，允许你在不破坏原有数据的情况下进行修改，并且能够高效地进行查询。换句话说，每次修改都会产生一个新的数据结构，但它们共享未修改的部分，从而提升性能。

渐进式介绍概念

老鸟：让我们从一个简单的例子开始吧。假设你有一个单链表，我们想要创建一个持久化的单链表。首先，我们来看看普通单链表的定义和操作。

class Node:def __init__(self, value, next_node=None):self.value = valueself.next = next_nodedef print_list(head):current = headwhile current:print(current.value, end=" -> ")current = current.nextprint("None")

菜鸟：这很简单，我懂。我们有一个节点类和一个打印链表的方法。

老鸟：很好。接下来，我们在这个基础上引入持久化数据结构的概念。我们在每次修改时创建一个新节点，但共享未修改的部分。

class PNode:def __init__(self, value, next_node=None):self.value = valueself.next = next_nodedef insert(head, value):return PNode(value, head)

菜鸟：这看起来和普通的插入操作差不多，只是每次插入都返回一个新的头节点。

老鸟：没错。我们可以这样创建多个版本的链表，每个版本都共享未修改的部分。来看一下具体的操作吧。

代码示例与分析

老鸟：我们先创建一个初始链表，然后进行几次插入操作，观察结果。

# 创建初始链表
head1 = PNode(1)
head1 = insert(head1, 2)
head1 = insert(head1, 3)# 打印初始链表
print_list(head1)  # 3 -> 2 -> 1 -> None# 创建新的版本
head2 = insert(head1, 4)
print_list(head2)  # 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> None# 原始版本未变
print_list(head1)  # 3 -> 2 -> 1 -> None