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        Python編程中3個(gè)常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法

        來源:千鋒教育
        發(fā)布人:xqq
        時(shí)間: 2023-11-07 07:15:56 1699312556

        python內(nèi)置了許多非常有用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),比如列表(list)、集合(set)以及字典(dictionary)。就絕大部分情況而言,我們可以直接使用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是,通常我們還需要考慮比如搜索、排序、排列以及篩選等這一類常見的問題。

        本篇文章將介紹3種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和同數(shù)據(jù)有關(guān)的算法。此外,在collections模塊中也包含了針對各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的解決方案。

        1.將序列分解為單獨(dú)的變量

        (1)問題

        我們有一個(gè)包含N個(gè)元素的元組或序列,現(xiàn)在想將它分解為N個(gè)單獨(dú)的變量。

        (2)解決方案

        任何序列(或可迭代的對象)都可以通過一個(gè)簡單的賦值操作來分解為單獨(dú)的變量。唯一的要求是變量的總數(shù)和結(jié)構(gòu)要與序列相吻合。例如:

        >>>p=(4,5)

        >>>x,y=p

        >>>x

        4

        >>>y

        5

        >>>

        >>>data=['ACME',50,91.1,(2012,12,21)]

        >>>name,shares,price,date=data

        >>>name

        'ACME'

        >>>date

        (2012,12,21)

        >>>name,shares,price,(year,mon,day)=data

        >>>name

        'ACME'

        >>>year

        2012

        >>>mon

        12

        >>>day

        21

        >>>

        如果元素的數(shù)量不匹配,將得到一個(gè)錯(cuò)誤提示。例如:

        >>>p=(4,5)

        >>>x,y,z=p

        Traceback(mostrecentcalllast):

        File"",line1,in

        ValueError:needmorethan2valuestounpack

        >>>

        (3)討論

        實(shí)際上不僅僅只是元組或列表,只要對象恰好是可迭代的,那么就可以執(zhí)行分解操作。這包括字符串、文件、迭代器以及生成器。比如:

        >>>s='Hello'

        >>>a,b,c,d,e=s

        >>>a

        'H'

        >>>b

        'e'

        >>>e

        'o'

        >>>

        當(dāng)做分解操作時(shí),有時(shí)候可能想丟棄某些特定的值。Python并沒有提供特殊的語法來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),但是通??梢赃x一個(gè)用不到的變量名,以此來作為要丟棄的值的名稱。例如:

        >>>data=['ACME',50,91.1,(2012,12,21)]

        >>>_,shares,price,_=data

        >>>shares

        50

        >>>price

        91.1

        >>>

        但是請確保選擇的變量名沒有在其他地方用到過。

        2.從任意長度的可迭代對象中分解元素

        (1)問題

        需要從某個(gè)可迭代對象中分解出N個(gè)元素,但是這個(gè)可迭代對象的長度可能超過N,這會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“分解的值過多(toomanyvaluestounpack)”的異常。

        (2)解決方案

        Python的“*表達(dá)式”可以用來解決這個(gè)問題。例如,假設(shè)開設(shè)了一門課程,并決定在期末的作業(yè)成績中去掉第一個(gè)和最后一個(gè),只對中間剩下的成績做平均分統(tǒng)計(jì)。如果只有4個(gè)成績,也許可以簡單地將4個(gè)都分解出來,但是如果有24個(gè)呢?*表達(dá)式使這一切都變得簡單:

        defdrop_first_last(grades):

        first,*middle,last=grades

        returnavg(middle)

        另一個(gè)用例是假設(shè)有一些用戶記錄,記錄由姓名和電子郵件地址組成,后面跟著任意數(shù)量的電話號(hào)碼。則可以像這樣分解記錄:

        >>>record=('Dave','dave@example.com','773-555-1212','847-555-1212')

        >>>name,email,*phone_numbers=user_record

        >>>name

        'Dave'

        >>>email

        'dave@example.com'

        >>>phone_numbers

        ['773-555-1212','847-555-1212']

        >>>

        不管需要分解出多少個(gè)電話號(hào)碼(甚至沒有電話號(hào)碼),變量phone_numbers都一直是列表,而這是毫無意義的。如此一來,對于任何用到了變量phone_numbers的代碼都不必對它可能不是一個(gè)列表的情況負(fù)責(zé),或者額外做任何形式的類型檢查。

        由*修飾的變量也可以位于列表的第一個(gè)位置。例如,比方說用一系列的值來代表公司過去8個(gè)季度的銷售額。如果想對最近一個(gè)季度的銷售額同前7個(gè)季度的平均值做比較,可以這么做:

        *trailing_qtrs,current_qtr=sales_record

        trailing_avg=sum(trailing_qtrs)/len(trailing_qtrs)

        returnavg_comparison(trailing_avg,current_qtr)

        從Python解釋器的角度來看,這個(gè)操作是這樣的:

        >>>*trailing,current=[10,8,7,1,9,5,10,3]

        >>>trailing

        [10,8,7,1,9,5,10]

        >>>current

        3

        (3)討論

        對于分解未知或任意長度的可迭代對象,這種擴(kuò)展的分解操作可謂是量身定做的工具。通常,這類可迭代對象中會(huì)有一些已知的組件或模式(例如,元素1之后的所有內(nèi)容都是電話號(hào)碼),利用*表達(dá)式分解可迭代對象使得開發(fā)者能夠輕松利用這些模式,而不必在可迭代對象中做復(fù)雜花哨的操作才能得到相關(guān)的元素。

        *式的語法在迭代一個(gè)變長的元組序列時(shí)尤其有用。例如,假設(shè)有一個(gè)帶標(biāo)記的元組序列:

        records=[

        ('foo',1,2),

        ('bar','hello'),

        ('foo',3,4),

        ]

        defdo_foo(x,y):

        print('foo',x,y)

        defdo_bar(s):

        print('bar',s)

        fortag,*argsinrecords:

        iftag=='foo':

        do_foo(*args)

        eliftag=='bar':

        do_bar(*args)

        當(dāng)和某些特定的字符串處理操作相結(jié)合,比如做拆分(splitting)操作時(shí),這種*式的語法所支持的分解操作也非常有用。例如:

        >>>line='nobody:*:-2:-2:UnprivilegedUser:/var/empty:/usr/bin/false'

        >>>uname,*fields,homedir,sh=line.split(':')

        >>>uname

        'nobody'

        >>>homedir

        '/var/empty'

        >>>sh

        '/usr/bin/false'

        >>>

        有時(shí)候可能想分解出某些值然后丟棄它們。在分解的時(shí)候,不能只是指定一個(gè)單獨(dú)的*,但是可以使用幾個(gè)常用來表示待丟棄值的變量名,比如_或者ign(ignored)。例如:

        >>>record=('ACME',50,123.45,(12,18,2012))

        >>>name,*_,(*_,year)=record

        >>>name

        'ACME'

        >>>year

        2012

        >>>

        *分解操作和各種函數(shù)式語言中的列表處理功能有著一定的相似性。例如,如果有一個(gè)列表,可以像下面這樣輕松將其分解為頭部和尾部:

        >>>items=[1,10,7,4,5,9]

        >>>head,*tail=items

        >>>head

        1

        >>>tail

        [10,7,4,5,9]

        >>>

        在編寫執(zhí)行這類拆分功能的函數(shù)時(shí),人們可以假設(shè)這是為了實(shí)現(xiàn)某種精巧的遞歸算法。例如:

        >>>defsum(items):

        ...head,*tail=items

        ...returnhead+sum(tail)iftailelsehead

        ...

        >>>sum(items)

        36

        >>>

        但是請注意,遞歸真的不算是Python的強(qiáng)項(xiàng),這是因?yàn)槠鋬?nèi)在的遞歸限制所致。因此,最后一個(gè)例子在實(shí)踐中沒太大的意義,只不過是一點(diǎn)學(xué)術(shù)上的好奇罷了。

        3.保存最后N個(gè)元素

        (1)問題

        我們希望在迭代或是其他形式的處理過程中對最后幾項(xiàng)記錄做一個(gè)有限的歷史記錄統(tǒng)計(jì)。

        (2)解決方案

        保存有限的歷史記錄可算是collections.deque的完美應(yīng)用場景了。例如,下面的代碼對一系列文本行做簡單的文本匹配操作,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有匹配時(shí)就輸出當(dāng)前的匹配行以及最后檢查過的N行文本。

        fromcollectionsimportdeque

        defsearch(lines,pattern,history=5):

        previous_lines=deque(maxlen=history)

        forlineinlines:

        ifpatterninline:

        yieldline,previous_lines

        previous_lines.append(line)

        #Exampleuseonafile

        if__name__=='__main__':

        withopen('somefile.txt')asf:

        forline,prevlinesinsearch(f,'python',5):

        forplineinprevlines:

        print(pline,end='')

        print(line,end='')

        print('-'*20)

        (3)討論

        如同上面的代碼片段中所做的一樣,當(dāng)編寫搜索某項(xiàng)記錄的代碼時(shí),通常會(huì)用到含有yield關(guān)鍵字的生成器函數(shù)。這將處理搜索過程的代碼和使用搜索結(jié)果的代碼成功解耦開來。如果對生成器還不熟悉,請參見4.3節(jié)。

        deque(maxlen=N)創(chuàng)建了一個(gè)固定長度的隊(duì)列。當(dāng)有新記錄加入而隊(duì)列已滿時(shí)會(huì)自動(dòng)移除最老的那條記錄。例如:

        >>>q=deque(maxlen=3)

        >>>q.append(1)

        >>>q.append(2)

        >>>q.append(3)

        >>>q

        deque([1,2,3],maxlen=3)

        >>>q.append(4)

        >>>q

        deque([2,3,4],maxlen=3)

        >>>q.append(5)

        >>>q

        deque([3,4,5],maxlen=3)

        盡管可以在列表上手動(dòng)完成這樣的操作(append、del),但隊(duì)列這種解決方案要優(yōu)雅得多,運(yùn)行速度也快得多。

        更普遍的是,當(dāng)需要一個(gè)簡單的隊(duì)列結(jié)構(gòu)時(shí),deque可祝你一臂之力。如果不指定隊(duì)列的大小,也就得到了一個(gè)無界限的隊(duì)列,可以在兩端執(zhí)行添加和彈出操作,例如:

        >>>q=deque()

        >>>q.append(1)

        >>>q.append(2)

        >>>q.append(3)

        >>>q

        deque([1,2,3])

        >>>q.appendleft(4)

        >>>q

        deque([4,1,2,3])

        >>>q.pop()

        3

        >>>q

        deque([4,1,2])

        >>>q.popleft()

        4

        從隊(duì)列兩端添加或彈出元素的復(fù)雜度都是O(1)。這和列表不同,當(dāng)從列表的頭部插入或移除元素時(shí),列表的復(fù)雜度為O(N)。

        以上內(nèi)容為大家介紹了Python編程中3個(gè)常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,希望對大家有所幫助,如果想要了解更多Python相關(guān)知識(shí),請關(guān)注IT培訓(xùn)機(jī)構(gòu):千鋒教育。http://m.2667701.com/

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