文章一:Python高级数据结构与算法实

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文章一:Python高级数据结构与算法实

2023-04-02 19:51| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、简介

在这篇文章中，我们将学习Python中的高级数据结构，如堆、栈、队列、链表等，并使用Python实现常见的算法，如排序、查找等。我们将从以下几个方面来展开本文的内容：

栈（Stack）队列（Queue）链表（Linked List）堆（Heap）排序算法（Sorting Algorithms）查找算法（Searching Algorithms）

二、栈（Stack）

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，只允许在栈顶进行插入和删除操作。在Python中，我们可以使用列表（list）实现栈。

class Stack: def __init__(self): self.items = [] def push(self, item): self.items.append(item) def pop(self): if not self.is_empty(): return self.items.pop() def peek(self): if not self.is_empty(): return self.items[-1] def is_empty(self): return len(self.items) == 0 def size(self): return len(self.items)

三、队列（Queue）

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，只允许在队尾进行插入操作，而在队头进行删除操作。在Python中，我们可以使用collections模块中的deque类实现队列。

from collections import deque class Queue: def __init__(self): self.items = deque() def enqueue(self, item): self.items.append(item) def dequeue(self): if not self.is_empty(): return self.items.popleft() def is_empty(self): return len(self.items) == 0 def size(self): return len(self.items) previous.next = current.next else: raise ValueError("Data not found in the list")

五、堆（Heap）

堆是一种特殊的完全二叉树，它的每个节点都大于等于（最大堆）或小于等于（最小堆）其子节点。在Python中，我们可以使用heapq库实现堆。

import heapq class MaxHeap: def __init__(self): self.items = [] def push(self, item): heapq.heappush(self.items, -item) def pop(self): return -heapq.heappop(self.items) def peek(self): return -self.items[0] def is_empty(self): return len(self.items) == 0 def size(self): return len(self.items)

六、排序算法（Sorting Algorithms）

1. 冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序是一种简单的排序算法，通过重复遍历列表，比较相邻元素并交换不正确的顺序。

def bubble_sort(arr): n = len(arr) for i in range(n): for j in range(0, n - i - 1): if arr[j] > arr[j + 1]: arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]

2. 选择排序（Selection Sort）

选择排序是一种简单的排序算法，每次遍历列表找到最小（或最大）的元素，将其放到正确的位置。

def selection_sort(arr): n = len(arr) for i in range(n): min_index = i for j in range(i + 1, n): if arr[j] < arr[min_index]: min_index = j arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]

3. 插入排序（Insertion Sort）

插入排序是一种简单的排序算法，将未排序的元素逐个插入已排序的序列中。

def insertion_sort(arr): n = len(arr) for i in range(1, n): key = arr[i] j = i - 1 while j >= 0 and arr[j] > key: arr[j + 1] = arr[j] j -= 1 arr[j + 1] = key

七、查找算法（Searching Algorithms）

1. 顺序查找（Sequential Search）

顺序查找是一种简单的查找算法，通过遍历列表，逐个比较元素来查找目标值。

def sequential_search(arr, target): for i in range(len(arr)): if arr[i] == target: return i return -1

2. 二分查找（Binary Search）

二分查找是一种高效的查找算法，要求列表已排序。每次查找都将范围缩小一半，直到找到目标值。

def binary_search(arr, target): low, high = 0, len(arr) - 1 while low

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