1. 배열과 리스트의 메모리 구조

배열과 리스트는 통상 같은 개념으로 사용되기도 하지만, 엄밀히 말하면 다릅니다. 배열과 리스트는 메모리 상에서 전혀 다른 방식으로 데이터를 저장합니다.

1.1 배열의 메모리 구조

배열(Array)은 연속된 메모리 공간에 데이터를 저장합니다. 마치 아파트 동호수처럼 1000번지, 1004번지, 1008번지와 같은 식으로 붙어있는 주소에 데이터가 차례대로 저장됩니다.

1.2 연결 리스트의 메모리 구조

반면 연결 리스트(Linked List)는 메모리 상 이어져 있지 않습니다. 각 데이터(노드)가 메모리의 여기저기 흩어져 있고, 다음 데이터의 주소를 가리키는 포인터로 연결되어 있습니다.

1.3 차이점이 왜 중요한가?

이러한 메모리 구조의 차이는 각 자료구조의 성능 특성을 결정합니다.

특성	배열 (연속된 메모리)	연결 리스트 (흩어진 메모리)
인덱스 접근	O(1) - 주소 계산으로 즉시 접근	O(n) - 처음부터 순차 탐색
중간 삽입/삭제	O(n) - 뒤 요소들을 모두 이동	O(1) - 포인터만 변경 (위치를 안다면)
메모리 효율	높음 (데이터만 저장)	낮음 (포인터도 함께 저장)
캐시 효율	높음 (연속된 메모리 접근)	낮음 (메모리 주소가 흩어짐)

핵심 개념

배열: 메모리가 연속 → 인덱스로 빠른 접근 가능 → 하지만 중간 삽입/삭제는 느림
연결 리스트: 메모리가 비연속 → 순차 탐색 필요 → 하지만 삽입/삭제는 포인터만 조작

Python의 list도 배열(동적 배열)로 구현되어 있습니다. 동적 배열은 내부적으로 포인터들을 연속된 메모리 공간에 저장하는 방식으로 구현되어 있습니다. 포인터 배열 자체는 연속되어 있어서 인덱스 접근이 O(1)이지만, 중간 삽입/삭제 시에는 뒤의 포인터들을 모두 이동시켜야 하므로 O(n)입니다. 용량이 부족하면 더 큰 메모리를 새로 할당받아 기존 데이터를 복사하는 방식으로 크기를 동적으로 조절합니다.

2. Python 리스트

Python의 리스트는 동적 배열(Dynamic Array)로 구현되어 있으며, 크기가 가변적이고 다양한 타입의 데이터를 저장할 수 있습니다.

2.1 리스트 생성과 초기화

# 빈 리스트 생성
empty_list = []
empty_list2 = list()
 
# 값을 가진 리스트 생성
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]
 
# 특정 크기의 리스트 초기화
zeros = [0] * 5  # [0, 0, 0, 0, 0]
matrix = [[0] * 3 for _ in range(2)]  # 2x3 행렬 [[0,0,0], [0,0,0]]
 
# 리스트 컴프리헨션
squares = [i**2 for i in range(1, 6)]  # [1, 4, 9, 16, 25]
evens = [i for i in range(10) if i % 2 == 0]  # [0, 2, 4, 6, 8]

# 빈 리스트 생성
empty_list = []
empty_list2 = list()
 
# 값을 가진 리스트 생성
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]
 
# 특정 크기의 리스트 초기화
zeros = [0] * 5  # [0, 0, 0, 0, 0]
matrix = [[0] * 3 for _ in range(2)]  # 2x3 행렬 [[0,0,0], [0,0,0]]
 
# 리스트 컴프리헨션
squares = [i**2 for i in range(1, 6)]  # [1, 4, 9, 16, 25]
evens = [i for i in range(10) if i % 2 == 0]  # [0, 2, 4, 6, 8]

2.2 리스트 접근과 슬라이싱

arr = [10, 20, 30, 40, 50]
 
# 인덱스 접근
print(arr[0])      # 10 (첫 번째 요소)
print(arr[-1])     # 50 (마지막 요소)
print(arr[-2])     # 40 (뒤에서 두 번째 요소)
 
# 슬라이싱 [시작:끝:간격]
print(arr[1:4])    # [20, 30, 40] - 인덱스 1부터 3까지
print(arr[:3])     # [10, 20, 30] - 처음부터 인덱스 2까지
print(arr[2:])     # [30, 40, 50] - 인덱스 2부터 끝까지
print(arr[::2])    # [10, 30, 50] - 2칸씩 건너뛰기
print(arr[::-1])   # [50, 40, 30, 20, 10] - 역순

arr = [10, 20, 30, 40, 50]
 
# 인덱스 접근
print(arr[0])      # 10 (첫 번째 요소)
print(arr[-1])     # 50 (마지막 요소)
print(arr[-2])     # 40 (뒤에서 두 번째 요소)
 
# 슬라이싱 [시작:끝:간격]
print(arr[1:4])    # [20, 30, 40] - 인덱스 1부터 3까지
print(arr[:3])     # [10, 20, 30] - 처음부터 인덱스 2까지
print(arr[2:])     # [30, 40, 50] - 인덱스 2부터 끝까지
print(arr[::2])    # [10, 30, 50] - 2칸씩 건너뛰기
print(arr[::-1])   # [50, 40, 30, 20, 10] - 역순

2.3 리스트 수정 메서드

2.3.1 요소 추가

arr = [1, 2, 3]
 
# append(): 끝에 요소 하나 추가 - O(1)
arr.append(4)           # [1, 2, 3, 4]
 
# insert(): 특정 위치에 요소 삽입 - O(n)
arr.insert(1, 10)       # [1, 10, 2, 3, 4]
 
# extend(): 여러 요소 추가 - O(k), k는 추가할 요소 개수
arr.extend([5, 6, 7])   # [1, 10, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
 
# + 연산자: 새 리스트 생성 - O(n+m)
new_arr = arr + [8, 9]  # 원본은 변경 안 됨

arr = [1, 2, 3]
 
# append(): 끝에 요소 하나 추가 - O(1)
arr.append(4)           # [1, 2, 3, 4]
 
# insert(): 특정 위치에 요소 삽입 - O(n)
arr.insert(1, 10)       # [1, 10, 2, 3, 4]
 
# extend(): 여러 요소 추가 - O(k), k는 추가할 요소 개수
arr.extend([5, 6, 7])   # [1, 10, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
 
# + 연산자: 새 리스트 생성 - O(n+m)
new_arr = arr + [8, 9]  # 원본은 변경 안 됨

2.3.2 요소 삭제

arr = [10, 20, 30, 40, 50, 30]
 
# pop(): 인덱스로 삭제하고 반환
arr.pop()              # 50 반환, 마지막 요소 제거 - O(1)
arr.pop(0)             # 10 반환, 첫 번째 요소 제거 - O(n)
 
# remove(): 값으로 삭제 (첫 번째 일치하는 요소만)
arr.remove(30)         # 첫 번째 30 제거 - O(n)
 
# del: 인덱스나 슬라이스로 삭제
del arr[1]             # 인덱스 1 요소 제거 - O(n)
del arr[1:3]           # 인덱스 1~2 요소 제거 - O(n)
 
# clear(): 모든 요소 삭제
arr.clear()            # [] - O(n)

arr = [10, 20, 30, 40, 50, 30]
 
# pop(): 인덱스로 삭제하고 반환
arr.pop()              # 50 반환, 마지막 요소 제거 - O(1)
arr.pop(0)             # 10 반환, 첫 번째 요소 제거 - O(n)
 
# remove(): 값으로 삭제 (첫 번째 일치하는 요소만)
arr.remove(30)         # 첫 번째 30 제거 - O(n)
 
# del: 인덱스나 슬라이스로 삭제
del arr[1]             # 인덱스 1 요소 제거 - O(n)
del arr[1:3]           # 인덱스 1~2 요소 제거 - O(n)
 
# clear(): 모든 요소 삭제
arr.clear()            # [] - O(n)

2.3.3 요소 수정

arr = [1, 2, 3, 4, 5]
 
# 단일 요소 수정
arr[0] = 10            # [10, 2, 3, 4, 5] - O(1)
 
# 슬라이스 수정
arr[1:4] = [20, 30]    # [10, 20, 30, 5] - O(n)

arr = [1, 2, 3, 4, 5]
 
# 단일 요소 수정
arr[0] = 10            # [10, 2, 3, 4, 5] - O(1)
 
# 슬라이스 수정
arr[1:4] = [20, 30]    # [10, 20, 30, 5] - O(n)

2.4 리스트 검색 메서드

arr = [10, 20, 30, 20, 40]
 
# index(): 값의 인덱스 찾기 - O(n)
idx = arr.index(20)        # 1 (첫 번째 20의 인덱스)
idx = arr.index(20, 2)     # 3 (인덱스 2부터 찾기)
 
# count(): 값의 개수 세기 - O(n)
cnt = arr.count(20)        # 2
 
# in 연산자: 값 존재 여부 - O(n)
if 30 in arr:
    print("30이 있습니다")
 
# min, max, sum
print(min(arr))            # 10 - O(n)
print(max(arr))            # 40 - O(n)
print(sum(arr))            # 120 - O(n)

arr = [10, 20, 30, 20, 40]
 
# index(): 값의 인덱스 찾기 - O(n)
idx = arr.index(20)        # 1 (첫 번째 20의 인덱스)
idx = arr.index(20, 2)     # 3 (인덱스 2부터 찾기)
 
# count(): 값의 개수 세기 - O(n)
cnt = arr.count(20)        # 2
 
# in 연산자: 값 존재 여부 - O(n)
if 30 in arr:
    print("30이 있습니다")
 
# min, max, sum
print(min(arr))            # 10 - O(n)
print(max(arr))            # 40 - O(n)
print(sum(arr))            # 120 - O(n)

2.5 리스트 정렬 메서드

numbers = [5, 2, 8, 1, 9]
 
# sort(): 원본 리스트를 정렬 - O(n log n)
numbers.sort()                    # [1, 2, 5, 8, 9]
numbers.sort(reverse=True)        # [9, 8, 5, 2, 1]
 
# sorted(): 정렬된 새 리스트 반환 (원본 유지) - O(n log n)
original = [5, 2, 8, 1, 9]
sorted_nums = sorted(original)    # [1, 2, 5, 8, 9]
# original은 그대로 [5, 2, 8, 1, 9]
 
# key 매개변수로 정렬 기준 지정
words = ["apple", "pie", "zoo", "a"]
words.sort(key=len)               # 길이 순: ['a', 'pie', 'zoo', 'apple']
 
# reverse(): 리스트 뒤집기 - O(n)
numbers.reverse()                 # [1, 8, 5, 2, 9]

numbers = [5, 2, 8, 1, 9]
 
# sort(): 원본 리스트를 정렬 - O(n log n)
numbers.sort()                    # [1, 2, 5, 8, 9]
numbers.sort(reverse=True)        # [9, 8, 5, 2, 1]
 
# sorted(): 정렬된 새 리스트 반환 (원본 유지) - O(n log n)
original = [5, 2, 8, 1, 9]
sorted_nums = sorted(original)    # [1, 2, 5, 8, 9]
# original은 그대로 [5, 2, 8, 1, 9]
 
# key 매개변수로 정렬 기준 지정
words = ["apple", "pie", "zoo", "a"]
words.sort(key=len)               # 길이 순: ['a', 'pie', 'zoo', 'apple']
 
# reverse(): 리스트 뒤집기 - O(n)
numbers.reverse()                 # [1, 8, 5, 2, 9]

2.6 기타 유용한 메서드

arr = [1, 2, 3, 4, 5]
 
# len(): 리스트 길이 - O(1)
print(len(arr))           # 5
 
# copy(): 얕은 복사 - O(n)
arr_copy = arr.copy()     # arr[:]와 같음
arr_copy = arr[:]
 
# 깊은 복사 (중첩 리스트용)
import copy
nested = [[1, 2], [3, 4]]
deep = copy.deepcopy(nested)
 
# enumerate(): 인덱스와 값 함께 순회
for i, val in enumerate(arr):
    print(f"인덱스 {i}: 값 {val}")
 
# enumerate(시작 인덱스 지정)
for i, val in enumerate(arr, start=1):
    print(f"{i}번째: {val}")

arr = [1, 2, 3, 4, 5]
 
# len(): 리스트 길이 - O(1)
print(len(arr))           # 5
 
# copy(): 얕은 복사 - O(n)
arr_copy = arr.copy()     # arr[:]와 같음
arr_copy = arr[:]
 
# 깊은 복사 (중첩 리스트용)
import copy
nested = [[1, 2], [3, 4]]
deep = copy.deepcopy(nested)
 
# enumerate(): 인덱스와 값 함께 순회
for i, val in enumerate(arr):
    print(f"인덱스 {i}: 값 {val}")
 
# enumerate(시작 인덱스 지정)
for i, val in enumerate(arr, start=1):
    print(f"{i}번째: {val}")

3. 시간복잡도 정리

리스트의 주요 연산별 시간복잡도를 이해하는 것은 효율적인 알고리즘 설계에 필수적입니다.

3.1 시간복잡도 표

연산	시간복잡도	설명
접근/수정
`arr[i]`	O(1)	인덱스로 직접 계산하여 접근
`arr[i] = x`	O(1)	인덱스로 직접 수정
`arr[i:j]`	O(k)	k는 슬라이스 길이 (j-i)
검색
`x in arr`	O(n)	처음부터 순차 탐색
`arr.index(x)`	O(n)	첫 번째 일치 항목까지 순차 탐색
`arr.count(x)`	O(n)	전체 리스트 순회
`min(arr)`, `max(arr)`	O(n)	전체 리스트 순회
추가
`arr.append(x)`	O(1) 평균	공간이 있으면 즉시 추가, 공간 부족 시 O(n)
`arr.insert(i, x)`	O(n)	i 이후 요소들을 모두 한 칸씩 이동
`arr.extend(lst)`	O(k)	k는 추가할 요소 개수
`arr + other`	O(n+m)	새 리스트 생성 및 복사
삭제
`arr.pop()`	O(1)	마지막 요소만 제거
`arr.pop(i)`	O(n)	i 이후 요소들을 모두 한 칸씩 이동
`arr.remove(x)`	O(n)	검색(O(n)) + 삭제(O(n))
`del arr[i]`	O(n)	pop(i)와 동일
`arr.clear()`	O(n)	모든 요소 제거
정렬
`arr.sort()`	O(n log n)	Timsort 알고리즘 사용
`sorted(arr)`	O(n log n)	새 리스트 생성 + 정렬
`arr.reverse()`	O(n)	양 끝에서 스왑하며 진행
기타
`len(arr)`	O(1)	길이는 내부에 저장되어 있음
`arr.copy()`	O(n)	모든 요소 복사

3.2 시간복잡도 시각화

코딩테스트 팁: 시간복잡도를 고려한 설계

빈번한 중간 삽입/삭제: 리스트보다는 collections.deque 사용 (양 끝 삽입/삭제 O(1))
빈번한 검색: 리스트보다는 set (검색 O(1)) 또는 dict 사용
정렬된 상태 유지: 매번 정렬하지 말고 bisect 모듈로 정렬된 상태 유지
중복 제거: set()으로 변환 (O(n))
최대/최소 유지: heapq 모듈 사용 (삽입/삭제 O(log n))

4. 연습문제

(정렬) 업무 우선순위: https://100.pyalgo.co.kr/?page=7
(최솟값) 두 점 사이의 거리: https://100.pyalgo.co.kr/?page=8
(최댓값) 수학은 내가 1등: https://100.pyalgo.co.kr/?page=9
(탐색) 게임 밸런스 조절: https://100.pyalgo.co.kr/?page=10
(탐색) 평균 점수 카운팅: https://100.pyalgo.co.kr/?page=11
(정렬) 도서관 책 연도별 정렬: https://100.pyalgo.co.kr/?page=13

코딩 테스트 에센셜 with 파이썬

배열과 리스트