菜菜求助大佬们数据结构

本章详细讨论了你已经学过的一些知识,同样也添加了一些新内容。

5.1. 关于列表更多的内容

Python 的列表数据类型包含更多的方法。这里是所有的列表对象方法:

把一个元素添加到列表的结尾,相当于 a[len(a):] = [x]

将一个给定列表中的所有元素都添加到另一个列表中,相当于 a[len(a):] = L

在指定位置插入一个元素。第一个参数是准备插入到其前面的那个元素的索引,例如 a.insert(0, x) 会插入到整个列表之前,而 a.insert(len(a), x) 相当于

删除列表中值为 x 的第一个元素。如果没有这样的元素,就会返回一个错误。

从列表的指定位置删除元素,并将其返回。如果没有指定索引,a.pop() 返回最后一个元素。元素随即从列表中被删除(方法中 i 两边的方括号表示这个参数是可选的,而不是要求你输入一对方括号,你会经常在Python 库参考手册中遇到这样的标记)。

从列表中删除所有元素。相当于 del a[:]

返回列表中第一个值为 x 的元素的索引。如果没有匹配的元素就会返回一个错误。

返回 x 在列表中出现的次数。

对列表中的元素就地进行排序。

就地倒排列表中的元素。

返回列表的一个浅拷贝。等同于 a[:]

下面这个示例演示了列表的大部分方法:


        

中对所有可变的数据类型这是统一的设计原则。

5.1.1. 把列表当作堆栈使用

列表方法使得列表可以很方便的做为一个堆栈来使用,堆栈作为特定的数据结构,最先进入的元素最后一个被释放(后进先出)。用 append() 方法可以把一个元素添加到堆栈顶。用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从堆栈顶释放出来。例如:

5.1.2. 把列表当作队列使用

你也可以把列表当做队列使用,队列作为特定的数据结构,最先进入的元素最先释放(先进先出)。不过,列表这样用效率不高。相对来说从列表末尾添加和弹出很快;在头部插入和弹出很慢(因为,为了一个元素,要移动整个列表中的所有元素)。

要实现队列,使用 ,它为在首尾两端快速插入和删除而设计。例如:

列表推导式为从序列中创建列表提供了一个简单的方法。普通的应用程式通过将一些操作应用于序列的每个成员并通过返回的元素创建列表,或者通过满足特定条件的元素创建子序列。

例如, 假设我们创建一个 squares 列表, 可以像下面方式:

注意这个 for 循环中的被创建(或被重写)的名为 x 的变量在循环完毕后依然存在。使用如下方法,我们可以计算squares的值而不会产生任何的副作用:


          

          

上面这个方法更加简明且易读.

列表推导式由包含一个表达式的括号组成,表达式后面跟随一个 子句,之后可以有零或多个 或 子句。结果是一个列表,由表达式依据其后面的 和 子句上下文计算而来的结果构成。

例如,如下的列表推导式结合两个列表的元素,如果元素之间不相等的话:


          

值得注意的是在上面两个方法中的 和 语句的顺序。

如果想要得到一个元组(例如,上面例子中的 (x, y)),必须要加上括号:


          

列表推导式可使用复杂的表达式和嵌套函数:

5.1.4. 嵌套的列表推导式

列表解析中的第一个表达式可以是任何表达式,包括列表解析。

考虑下面由三个长度为 4 的列表组成的 3x4 矩阵:

现在,如果你想交换行和列,可以用嵌套的列表推导式:


          

像前面看到的,嵌套的列表推导式是对 后面的内容进行求值,所以上例就等价于:

反过来说,如下也是一样的:

在实际中,你应该更喜欢使用内置函数组成复杂流程语句。对此种情况 函数将会做的更好:

更多关于本行中使用的星号的说明,参考 。

有个方法可以从列表中按给定的索引而不是值来删除一个子项: 语句。它不同于有返回值的 pop() 方法。语句 还可以从列表中删除切片或清空整个列表(我们以前介绍过一个方法是将空列表赋值给列表的切片)。例如:


        

此后再引用命名 a 会引发错误(直到另一个值赋给它为止)。我们在后面的内容中可以看到 的其它用法。

我们知道列表和字符串有很多通用的属性,例如索引和切割操作。它们是 序列 类型(参见 )中的两种。因为 Python 是一个在不停进化的语言,也可能会加入其它的序列类型,这里介绍另一种标准序列类型: 元组

一个元组由数个逗号分隔的值组成,例如:

如你所见,元组在输出时总是有括号的,以便于正确表达嵌套结构。在输入时可以有或没有括号,不过经常括号都是必须的(如果元组是一个更大的表达式的一部分)。不能给元组的一个独立的元素赋值(尽管你可以通过联接和切割来模拟)。还可以创建包含可变对象的元组,例如列表。

虽然元组和列表很类似,它们经常被用来在不同的情况和不同的用途。元组有很多用途。例如 (x, y) 坐标对,数据库中的员工记录等等。元组就像字符串, 。通常包含不同种类的元素并通过分拆(参阅本节后面的内容) 或索引访问(如果是 ,甚至可以通过属性)。列表是 ,它们的元素通常是相同类型的并通过迭代访问。

一个特殊的问题是构造包含零个或一个元素的元组:为了适应这种情况,语法上有一些额外的改变。一对空的括号可以创建空元组;要创建一个单元素元组可以在值后面跟一个逗号(在括号中放入一个单值不够明确)。丑陋,但是有效。例如:

0

这个调用等号右边可以是任何线性序列,称之为 序列拆封 非常恰当。序列拆封要求左侧的变量数目与序列的元素个数相同。要注意的是可变参数(multiple assignment )其实只是元组封装和序列拆封的一个结合。

Python 还包含了一个数据类型 —— set (集合)。集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。集合对象还支持 union(联合),intersection(交),difference(差)和 sysmmetric difference(对称差集)等数学运算。

大括号或 函数可以用来创建集合。注意:想要创建空集合,你必须使用 set() 而不是 {}。后者用于创建空字典,我们在下一节中介绍的一种数据结构。

以下是一个简单的演示:


        

类似 ,这里有一种集合推导式语法:


        

另一个非常有用的 Python 内建数据类型是 字典 (参见 )。字典在某些语言中可能称为 联合内存 ( associative memories )或 联合数组 ( associative arrays )。序列是以连续的整数为索引,与此不同的是,字典以 关键字 为索引,关键字可以是任意不可变类型,通常用字符串或数值。如果元组中只包含字符串和数字,它可以做为关键字,如果它直接或间接的包含了可变对象,就不能当做关键字。不能用列表做关键字,因为列表可以用索引、切割或者

理解字典的最佳方式是把它看做无序的键: 值对 (key:value 对)集合,键必须是互不相同的(在同一个字典之内)。一对大括号创建一个空的字典: {} 。初始化列表时,在大括号内放置一组逗号分隔的键:值对,这也是字典输出的方式。

字典的主要操作是依据键来存储和析取值。也可以用 del 来删除键:值对(key:value)。如果你用一个已经存在的关键字存储值,以前为该关键字分配的值就会被遗忘。试图从一个不存在的键中取值会导致错误。

对一个字典执行 list(d.keys()) 将返回一个字典中所有关键字组成的无序列表(如果你想要排序,只需使用 sorted(d.keys()) 。 使用 关键字(指Python语法)可以检查字典中是否存在某个关键字(指字典)。

这里是使用字典的一个小示例:


        

构造函数可以直接从 key-value 对中创建字典:


        

此外,字典推导式可以从任意的键值表达式中创建字典:


        

如果关键字都是简单的字符串,有时通过关键字参数指定 key-value 对更为方便:


        

在字典中循环时,关键字和对应的值可以使用 items() 方法同时解读出来:


        

在序列中循环时,索引位置和对应值可以使用 函数同时得到:


        

同时循环两个或更多的序列,可以使用 整体打包:


        

需要逆向循环序列的话,先正向定位序列,然后调用 函数:


        

要按排序后的顺序循环序列的话,使用 函数,它不改动原序列,而是生成一个新的已排序的序列:


        

若要在循环内部修改正在遍历的序列(例如复制某些元素),建议您首先制作副本。在序列上循环不会隐式地创建副本。切片表示法使这尤其方便:

5.7. 深入条件控制

whileif 语句中使用的条件不仅可以使用比较,而且可以包含任意的操作。

比较两个对象是否相同;这只和诸如列表这样的可变对象有关。所有的比较操作符具有相同的优先级,低于所有的数值操作。

比较操作可以通过逻辑操作符 andor 组合,比较的结果可以用 not 来取反义。这些操作符的优先级又低于比较操作符,在它们之中,not 具有最高的优先级, (notB)) or C。当然,括号也可以用于比较表达式。

逻辑操作符 andor 也称作短路操作符:它们的参数从左向右解析,一旦结果可以确定就停止。例如,如果 AC 为真而 C。作用于一个普通的非逻辑值时,短路操作符的返回值通常是最后一个变量。

可以把比较或其它逻辑表达式的返回值赋给一个变量,例如:


        

需要注意的是 Python 与 C 不同,在表达式内部不能赋值。C 程序员经常对此抱怨,不过它避免了一类在 C 程序中司空见惯的错误:想要在解析式中使 == 时误用了 = 操作符。

5.8. 比较序列和其它类型

序列对象可以与相同类型的其它对象比较。比较操作按 字典序 进行:首先比较前两个元素,如果不同,就决定了比较的结果;如果相同,就比较后两个元素,依此类推,直到所有序列都完成比较。如果两个元素本身就是同样类 型的序列,就递归字典序比较。如果两个序列的所有子项都相等,就认为序列相等。如果一个序列是另一个序列的初始子序列,较短的一个序列就小于另一个。字符 串的字典序按照单字符的 ASCII 顺序。下面是同类型序列之间比较的一些例子:


        

需要注意的是如果通过 < 或者 > 比较的对象只要具有合适的比较方法就是合法的。比如,混合数值类型是通过它们的数值进行比较的,所以 0 是等于 0.0 。否则解释器将会触发一个 异常,而不是提供一个随意的结果。

队列是一种列表, 不同的是队列只能在队尾插入元素, 在队首删除元素. 是一种 先进先出 的数据结构. 队列被用在很多地方, 比如提交操作系统执行的一系列进程、打印任务池等, 一些仿真系统用队列来模拟银行或杂货店排队的顾客.
  1. 向队尾中插入新元素 入队 ;
  2. 删除队头的元素 _出队_;

队列的另一项重要操作是读取队头的元素. 这个操作叫做peek(). 该操作返回队头元素, 但不把它从队列中删除. 除了读取队头元素, 我们还想知道队列中存储了多少元素, 可以使用length属性满足该需求; 想要清空队列中所有元素, 可以使用clear()方法.

使用数组来实现队列看起来顺理成章. js中的数组具有其他编程语言中没有的优点, 数组的push()方法可在数组末尾加入元素, shift()方法则可删除数组的第一个元素.

push()方法将它的参数插入数组中第一个开放的位置, 该位置总是在数据的末尾, 即使是一个空数组也是如此. eg:

当男男女女来到舞池, 他们按照自己的性别排成两列. 当舞池中有地方空出来时, 选两个队列中的第一个人组成舞伴. 他们身后的人各自向前移动一位, 变成新的队首. 当一对舞伴迈入舞池时, 主持人会大声喊出他们的名字. 当一对舞伴走出舞池, 且两排队伍中有任意一队没人时, 主持人也会把这种情况告诉大家.
我们把跳舞的男男女女存在persons对象中.

将要入场的舞者是: 女1和男1
将要入场的舞者是: 女2和男2
将要入场的舞者是: 女3和男3
将要入场的舞者是: 女4和男4
将要入场的舞者是: 女5和男5

可能还想对该程序作如下修改: 想显示排队等候跳舞的男性和女性的数量. 队列中目前尚没有显示元素个数的方法, 加入count()Queue类中.

将要入场的舞者是: 女1和男1
将要入场的舞者是: 女2和男2
将要入场的舞者是: 女3和男3
将要入场的舞者是: 女4和男4
将要入场的舞者是: 女5和男5
 
 
队列不仅用于执行显示生活中与排队有关的操作, 还可以用于对于数据进行排序. 计算机刚出现时, 程序是通过穿孔卡输入主机的, 每张卡包含一条程序语句. 这些穿孔卡装在个盒子里, 经一个机械装置进行排序.
这种排序叫做 基础排序 . 虽然它不是最快的排序算法, 但是它展现了一些有趣的队列使用方法.
对于0~99的数字, 基数排序将数据集扫描两次. 第一次按个位上的数字进行排序, 第二次按照十位上的数字进行排序. 每个数字根据对应位上的数值被分在不同盒子里. 假设有如下数字:
经过基数排序第一次扫描之后, 数字被分配到如下盒子中:
根据盒子的顺序, 对数字进行一次排序的结果如下:
然后根据十位上的数值再将上次排序的结果分配到不同的盒子中:
最后将盒子中的数字取出, 组成一个新的列表, 该列表即为排好序的数字:

下面是运行几次的结果:
 
一般情况下, 从队列中删除元素, 一定是率先入队的元素. 但是也有一些使用队列的应用, 在删除删除元素时不必遵守先进先出的约定. 这种应用, 需要使用一个叫做 优先队列 的数据结构来进行模拟.
从优先队列中删除元素时, 需要考虑优先权的限制. 比如医院急症科的候诊室, 就是一个采用 优先队列 的例子. 当病人进入候诊室时, 分诊护士会评估患者病情的严重程度, 然后给一个优先级代码. 高优先级的患者先于低优先级的患者就医, 同样优先级的患者按照先来先服务的顺序就医.
首先定义存储队列元素的对象, 然后再构建我们的 优先队列 系统:
变量code是一个整数, 表示患者的优先级或病情严重程度.
现在需要重新定义dequeue()方法, 使其删除队列中拥有最高级优先级的元素. 我们规定: 优先码的值最小的元素优先级最高. 新的dequeue()方法遍历队列的底层存储数组, 从中找出优先码最低的元素, 然后使用数组的splice()方法删除优先级最高的元素.
dequeue()方法使用简单的顺序查找方法寻找优先级最高的元素(代码越小优先级越高, eg: 1比5的优先级高). 该方法返回包含一个元素的数组 一一 从队列中删除的元素.


 
 
修改一个Queue类, 形成一个Deque类. 这是一个和队列类似的数据结构, 允许从队列两端添加和删除元素, 因此也叫 双向队列 . 写一段测试程序测试该类:

使用Deque类来判断一个给定单词是否为回文

 
首先让单词每个字母入队, 然后两端同时出队, 判断队首队尾字母是否相等.

修改文章中 优先队列 使得优先级高的元素优先码也大.

 
这里只需要在出队的时候按照优先码最大的先出队.

修改上例, 使得候诊室内的活动可以被控制

 
类似菜单系统, 让用户可以进行如下选择:
 // 患者进入候诊室 code值越大 优先级越高
 // 患者就诊 也是就是从候诊室队列中出队
 // 显示等待就诊患者名单
 

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