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Python list.append() 和 insert() 的时间复杂度差异

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-18 18:55:02

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来源于php中文网

原创

list.append() 是 O(1) 均摊时间复杂度,因在末尾添加且底层动态数组预留空间;list.insert(i, x) 是 O(n),因需移动索引 i 后所有元素,越靠前插入越慢。

python list.append() 和 insert() 的时间复杂度差异

Python 中 list.append() 是 O(1) 均摊时间复杂度,而 list.insert(i, x) 是 O(n) 时间复杂度——关键区别在于操作位置和底层内存行为。

append() 为什么快:在末尾追加,通常无需移动元素

append() 总是在列表末尾添加元素。CPython 的 list 实现背后是动态数组,内部预留了额外空间(over-allocation)。只要还有空位,就直接写入,不需要搬动已有数据。即使偶尔触发扩容(如从容量 128 扩到 256),也是复制一次全部元素,但这种开销被分摊到多次 append 上,所以均摊仍是 O(1)。

  • 典型场景:循环收集结果、构建列表、式 push
  • 注意:不是严格 O(1),但实践中极稳定,可视为常数级

insert() 为什么慢:可能需要整体平移元素

insert(i, x) 把元素插入索引 i 处。这意味着从位置 i 开始的所有后续元素都得往后挪一位。最坏情况(i = 0)要移动全部 n 个元素;平均下来也要移动约 n/2 个元素,因此时间复杂度为 O(n)。

  • 越靠前插入越慢(insert(0, x) 最差)
  • 插入末尾(insert(len(lst), x))等价于 append(),但不推荐这么写——语义不清且无优化

实际影响:大数据量下性能差距明显

当列表有 10 万以上元素时,频繁用 insert(0, x) 构建列表,可能比用 append()reverse() 慢上百倍。例如:

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❌ 低效写法:
result = []
for item in data:
result.insert(0, item) # 每次 O(n),总耗时 O(n²)
✅ 更好写法:
result = []
for item in data:
result.append(item) # 每次 O(1),总耗时 O(n)
result.reverse() # 一次 O(n)

替代方案:按需选择更合适的数据结构

如果真需要频繁在开头插入或删除,list 不是最佳选择:

  • collections.deque:两端插入/删除都是 O(1)
  • 用链表逻辑?Python 标准库无内置单链表,但 deque 足够覆盖多数队列/栈/双端场景
  • 若必须用 list 且插入位置固定(如始终末尾),坚持用 append()pop()

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