从0开始学python-day17-数据结构2

news2024/11/27 6:53:12

2.3 队列

队列(Queue),它是一种运算受限的线性表,先进先出(FIFO First In First Out)

  • 队列是一种受限的线性结构

  • 受限之处在于它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作

Python标准库中的queue模块提供了多种队列实现,包括普通队列、双端队列、优先队列等。

当两个程序效率不一样时,可以用队列作为缓冲池(提高系统性能,把同步操作变成异步操作)。生产者-消费者模式。

redis:可以存数组,

2.3.1 普通队列

queue.Queue 是 Python 标准库 queue 模块中的一个类,适用于多线程环境。它实现了线程安全的 FIFO(先进先出)队列。

案例

import queue
​
q = queue.Queue()
q.put(1)
q.put(3)
q.put(2)
​
print(q.qsize())
print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())
2.3.2 双端队列

双端队列(Deque,Double-Ended Queue)是一种具有队列和栈性质的数据结构,它允许我们在两端进行元素的添加(push)和移除(pop)操作。在Python中,双端队列可以通过collections模块中的deque类来实现。

deque是一个双端队列的实现,它提供了在两端快速添加和移除元素的能力。

案例

from collections import deque
​
​
q = deque()
​
q.append(1)
q.append(2)
q.appendleft(3)
q.appendleft(4)
​
print(q.pop())
print(q.popleft())

当结合使用appendleft和popleft时,你实际上是在实现一个栈(Stack)的数据结构,因为栈是后进先出(LIFO)的,而这两个操作正好模拟了栈的“压栈”和“弹栈”行为。append和pop结合使用同理。

2.3.3 优先队列

优先队列(Priority Queue)是一种特殊的队列,其中的元素按照优先级进行排序。优先级最高的元素总是最先出队。Python 标准库中提供了 queue.PriorityQueue 和 heapq 模块来实现优先队列。

queue.PriorityQueue

queue.PriorityQueue 是 Python 标准库 queue 模块中的一个类,适用于多线程环境。它实现了线程安全的优先队列。

案例

import queue
​
q = queue.PriorityQueue()
# 向队列中添加元素,元素是一个元组 (priority, item),其中 priority 是优先级,item 是实际的数据
q.put((1,'item1'))
q.put((3,'item3'))
q.put((2,'item2'))
​
print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())

heapq

heapq 模块是 Python 标准库中的一个模块,提供了基于堆的优先队列实现。heapq 模块不是线程安全的,适用于单线程环境。

案例

import heapq
​
# 创建一个列表作为堆
heap = []
​
# 向堆中添加元素,元素是一个元组 (priority, item)
heapq.heappush(heap, (3, 'Task 3'))
heapq.heappush(heap, (1, 'Task 1'))
heapq.heappush(heap, (2, 'Task 2'))
​
# 从堆中取出元素
print(heapq.heappop(heap))  # 输出: (1, 'Task 1')
print(heapq.heappop(heap))  # 输出: (2, 'Task 2')
print(heapq.heappop(heap))  # 输出: (3, 'Task 3')
import queue
from collections import deque
import heapq
def pd_queue():
    #Queue:普通队列,从队尾入队,从队头出队
    #put():入队
    #get():出队
    q=queue.Queue()
    q.put(1)
    q.put(2)
    q.put(3)
​
    print(q.get())
    print(q.get())
    print(q.get())
#deque:双端队列,既可以在队尾进行入队和出队操作,也可以在队头进行入队和出队操作
#append():在队尾入队
#appendleft():在队头入队
#pop():在队尾出队
#popleft():在队头出队
#appendleft和popleft组合使用时,相当于栈的操作
#appned和pop组合使用同理
    dq=deque()
    dq.append(1)
    dq.append(2)
    dq.appendleft(3)
    dq.appendleft(4)
​
    print(dq.popleft())
    print(dq.popleft())
    print(dq.popleft())
    print(dq.popleft())
​
#PriorityQueue:优先队列,参数:元组(优先级,元素),优先级的数值越小,优先级越高
    pq=queue.PriorityQueue()
    pq.put((1,'item1'))
    pq.put((3, 'item2'))
    pq.put((3, 'item3'))
​
    print('--------------')
    print(pq.get())
    print(pq.get())
    print(pq.get())
​
   #heapq:优先队列,基于堆实现的,预先定义一个数组作为heap对象,线程不安全
   #heappush():参数1:heap是预先定义的堆,参数2:向队中添加优先级的元素元祖(优先级,元素值),优先级的数值越小,优先级越高
   #heappop(heap):参数:heap是预先定义的堆
    heap=[ ]
    heapq.heappush(heap,(1,'hq1'))
    heapq.heappush(heap,(3,'hq2'))
    heapq.heappush(heap,(2,'hq3'))
​
    print('-----------')
    print(heapq.heappop(heap))
    print(heapq.heappop(heap))
    print(heapq.heappop(heap))
​
​
​
​
​
if __name__=='__main__':
    pd_queue

2.4 树

2.4.1 概念和术语

模拟树结构

将组织架构里的数据移除, 抽象出来结构, 那么就是我们要学习的树结构

术语

树的结构:

树的定义:

  • 树(Tree): n(n≥0)个结点构成的有限集合。

    • 当n=0时,称为空树;

    • 对于任一棵非空树(n> 0),它具备以下性质:

    • 树中有一个称为“根(Root)”的特殊结点,用 root 表示;

    • 其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集T1,T2,... ,Tm,其中每个集合本身又是一棵树,称为原来树的“子树(SubTree)”

    注意:

    • 子树之间不可以相交

    • 除了根结点外,每个结点有且仅有一个父结点;

    • 一棵N个结点的树有N-1条边。

树的术语:

  • 1.结点的度(Degree):该结点的拥有的子节点数量。

  • 2.树的度:树的所有结点中最大的度数. (树的度通常为结点的个数N-1)

  • 3.叶子结点(Leaf):度为0的结点. (也称为叶子结点)

  • 4.父结点(Parent):有子树的结点是其子树的根结点的父结点

  • 5.子结点(Child):若A结点是B结点的父结点,则称B结点是A结点的子结点;子结点也称孩子结点。

  • 6.兄弟结点(Sibling):具有同一父结点的各结点彼此是兄弟结点。

  • 7.路径和路径长度:从结点n1到nk的路径为一个结点序列n1 , n2,… , nk, ni是 ni+1的父结点。路径所包含边的个数为路径的长度。

  • 8.结点的层次(Level):规定根结点在1层,其它任一结点的层数是其父结点的层数加1。

  • 9.树的深度(Depth):树中所有结点中的最大层次是这棵树的深度。

2.4.2 二叉树
2.4.2.1 概念

二叉树的定义

  • 二叉树可以为空, 也就是没有结点.

  • 若不为空,则它是由根结点和称为其左子树TL和右子树TR的两个不相交的二叉树组成。

二叉树有五种形态:

  • 注意c和d是不同的二叉树, 因为二叉树是有左右之分的.

2.4.2.2 特性
  • 二叉树有几个比较重要的特性, 在笔试题中比较常见:

    • 一个二叉树第 i 层的最大结点数为:2^(i-1), i >= 1;

    • 深度为k的二叉树有最大结点总数为: 2^k - 1, k >= 1;

    • 对任何非空二叉树 T,若n0表示叶结点的个数、n2是度为2的非叶结点个数,那么两者满足关系n0 = n2 + 1。

2.4.2.3 特殊的二叉树

满二叉树(Full Binary Tree)

  • 在二叉树中, 除了最下一层的叶结点外, 每层节点都有2个子结点, 就构成了满二叉树.

完全二叉树(Complete Binary Tree)

  • 除二叉树最后一层外, 其他各层的节点数都达到最大个数.

  • 且最后一层从左向右的叶结点连续存在, 只缺右侧若干节点.

  • 满二叉树是特殊的完全二叉树.

  • 下面不是完全二叉树, 因为D节点还没有右结点, 但是E节点就有了左右节点.

2.4.2.4 二叉树的存储

二叉树的存储常见的方式是链表.

链表存储:

  • 二叉树最常见的方式还是使用链表存储.

  • 每个结点封装成一个Node, Node中包含存储的数据, 左结点的引用, 右结点的引用.

2.4.2.5 二叉树遍历

前序遍历(Pre-order Traversal)、中序遍历(In-order Traversal)和后序遍历(Post-order Traversal)是二叉树的三种基本遍历方式。

遍历规则:

前序遍历,按照以下顺序访问节点:根节点、左子树、右子树。

中序遍历,按照以下顺序访问节点:左子树、根节点、右子树。

后序遍历,按照以下顺序访问节点:左子树、右子树、根节点。

2.4.3 二叉查找树

二叉查找树(Binary Search Tree, BST)是一种特殊的二叉树,它具有以下性质:

  1. 每个节点都有一个键值(key)。

  2. 对于每个节点,其左子树中的所有节点的键值都小于该节点的键值。

  3. 对于每个节点,其右子树中的所有节点的键值都大于该节点的键值。

  4. 左子树和右子树也分别是二叉查找树。

  5. 二叉查找树不允许出现键值相等的结点。

二叉查找树的主要操作包括插入、删除和遍历。代码实现如下:

2.4.3.1 创建二叉查找树节点
class TreeNode:
    def __init__(self, key):
        self.key = key
        self.left = None
        self.right = None
  • key: 节点的键值。

  • left: 指向左子节点的指针。

  • right: 指向右子节点的指针。

2.4.3.2 创建二叉查找树类
class BinarySearchTree:
    def __init__(self):
        self.root = None
  • root: 指向二叉搜索树的根节点。初始时为 None。

2.4.3.3 插入节点

插入操作的步骤:

  1. 如果树为空:直接将新节点作为根节点。

  2. 如果树不为空

    • 从根节点开始,根据新节点的键值与当前节点的键值的比较结果,决定向左子树还是右子树移动。

    • 如果新节点的键值小于当前节点的键值,如果当前节点没有左子树,则将新节点插入到当前节点的左子树,否则向左子树移动。

    • 如果新节点的键值大于当前节点的键值,如果当前节点没有右子树,则将新节点插入到当前节点的右子树,否则向右子树移动。

    • 重复上述步骤,直到找到一个空位置,将新节点插入到该位置。

def insert(self, key):
    if self.root is None:
        self.root = TreeNode(key)
    else:
        self._insert(self.root, key)
​
def _insert(self, node, key):
    if key < node.key:
        if node.left is None:
            node.left = TreeNode(key)
        else:
            self._insert(node.left, key)
    elif key > node.key:
        if node.right is None:
            node.right = TreeNode(key)
        else:
            self._insert(node.right, key)
  • insert(key): 公开的插入方法。如果树为空,则创建一个新节点作为根节点;否则,调用 _insert 方法进行递归插入。

  • _insert(node, key): 递归插入方法。根据键值的大小,递归地在左子树或右子树中插入新节点。

2.4.3.4 查找节点
def search(self, key):
    return self._search(self.root, key)
​
def _search(self, node, key):
    if node is None or node.key == key:
        return node
    if key < node.key:
        return self._search(node.left, key)
    return self._search(node.right, key)
2.4.3.5 删除节点

删除逻辑:

1.递归查找待删除节点

  • 如果待删除节点的键值小于当前节点的键值,递归地在左子树中查找并删除。

  • 如果待删除节点的键值大于当前节点的键值,递归地在右子树中查找并删除。

2.找到待删除节点

删除操作的步骤可以分为以下几种情况:

  1. 待删除节点是叶子节点(没有子节点):直接删除该节点。

  2. 待删除节点只有一个子节点:用其子节点替换该节点。

  3. 待删除节点有两个子节点:

    • 找到右子树中的最小节点(即后继节点)。

    • 用后继节点的键值替换待删除节点的键值。

    • 删除后继节点(后继节点要么是叶子节点,要么只有一个右子节点)。

假设我们有以下二叉搜索树:

        50
       /  \
     30    70
    /  \  /  \
  20  40 60  80

删除节点 20

  1. 找到键值为 20 的节点。

  2. 该节点是叶子节点,直接删除。

删除后的树:

        50
       /  \
     30    70
       \  /  \
       40 60  80

删除节点 30

  1. 找到键值为 30 的节点。

  2. 该节点有一个右子节点 40,用 40 替换 30。

删除后的树:

        50
       /  \
     40    70
          /  \
         60  80

删除节点 50

  1. 找到键值为 50 的节点。

  2. 该节点有两个子节点,找到右子树中的最小节点 60(即后继节点)。

  3. 用 60 替换 50。

  4. 删除右子树中的 60。

删除后的树:

        60
       /  \
     40    70
             \
             80
def delete(self, key):
    self.root = self._delete(self.root, key)
​
def _delete(self, node, key):
    if node is None:
        return node
​
    if key < node.key:
        node.left = self._delete(node.left, key)
    elif key > node.key:
        node.right = self._delete(node.right, key)
    else:
        # 找到要删除的节点
        # 情况 1: 节点是叶子节点
        if node.left is None and node.right is None:
            return None
        # 情况 2: 节点只有一个子节点
        elif node.left is None:
            return node.right
        elif node.right is None:
            return node.left
        # 情况 3: 节点有两个子节点
        temp = self._min_value_node(node.right)
        node.key = temp.key
        node.right = self._delete(node.right, temp.key)
​
    return node
​
def _min_value_node(self, node):
    current = node
    while current.left is not None:
        current = current.left
    return current
2.4.3.6 中序遍历

先遍历左子树,然后访问当前节点,最后遍历右子树。

def inorder_traversal(self):
    result = []
    self._inorder_traversal(self.root, result)
    return result
​
def _inorder_traversal(self, node, result):
    if node:
        self._inorder_traversal(node.left, result)
        result.append(node.key)
        self._inorder_traversal(node.right, result)
2.4.3.7 前序遍历

先访问根节点、然后遍历左子树、最后遍历右子树。

def preorder_search(self):
    result = []
    if self.root is None:
        return None
    self._preorder_search(self.root, result)
    return result
​
def _preorder_search(self,node,result):
    if node is None:
        return None
    result.append(node.key)
    self._preorder_search(node.left,result)
    self._preorder_search(node.right,result)
    
    
# 后序遍历,按照以下顺序访问节点:左子树、右子树、根节点。
    def _behind_search(self, node, result):
        if node:
            self._behind_search(node.left, result)
            self._behind_search(node.right, result)
            result.append(node.key)
​
    def remove(self,key):
        if self.root is None:
            return None
        self.root=self._remove(self.root,key)
   
​
     
​
class TreeNode:
    def __init__(self,key):
        self.key=key
        self.left=None
        self.right=None
​
class BST:
    def __init__(self):
        self.root=None
​
    def insert(self,key):
        #判断树是否为空,是则将新节点赋给根节点
        if self.root is None:
            self.root=TreeNode(key)
        else:
            self._insert(self.root,key)
​
​
    def _insert(self,node,key):
        #如果要插入的键值小于当前节点的键值,则判断当前节点是否有左子树,没有则将新节点赋给当前节点的左子树,
        #有则继续向当前节点的左子树移动,递归插入
        if key<node.key:
            if node.left is None:
                node.left=TreeNode(key)
            else:
                #node.left:当前节点的左子树节点
                self._insert(node.left,key)
        #如果要插入的键值大于当前节点的键值,则判断当前节点是否有右子树,没有则将新节点插入到当前节点的右子树
        #有则继续向当前节点的右子树移动,递归插入
        else:
            if node.right is None:
                node.right=TreeNode(key)
            else:
                self._insert(node.right,key)
​
    def inorder_search(self):
        result=[ ]
        self._inorder_search(self.root,result)
        return result
    #中序遍历:左子树、根、右子树
    def _inorder_search(self,node,result):
        if node:
            self._inorder_search(node.left,result)
            result.append(node.key)
            self._inorder_search(node.right,result)
​
    def frontorder_search(self):
        result=[ ]
        if self.root is None:
            return None
        self._front_search(self.root,result)
        return result
​
    # 前序遍历,按照以下顺序访问节点:根节点、左子树、右子树。
    def _front_search(self, node, result):
        if node is None:
            return None
        else:
            result.append(node.key)
            self._front_search(node.left, result)
            self._front_search(node.right, result)
​
    def behindorder_search(self):
        result=[ ]
        self._behind_search(self.root,result)
        return result
​
    # 后序遍历,按照以下顺序访问节点:左子树、右子树、根节点。
    def _behind_search(self, node, result):
        if node:
            self._behind_search(node.left, result)
            self._behind_search(node.right, result)
            result.append(node.key)
​
    def remove(self,key):
        if self.root is None:
            return None
        self.root=self._remove(self.root,key)
​
    def _remove(self,node,key):
        #如果树为空,则返回None
        if node is None:
            return None
        #判断指定的key和当前节点的key的大小,如果指定key小于当前节点的key,则递归遍历左子树
        #如果指定key大于当前节点的key,则递归遍历右子树
        if key <node.key:
            node.left=self._remove(node.left,key)
        elif key >node.key:
            node.right=self._remove(node.right,key)
        #指定key等于当前节点的key:
        #1.当前节点没有子节点,则直接删除,返回None
        #2.当前节点有一个子节点,1).有右子节点,则用右子节点替换当前节点;2).有左子结点,则用左子结点替换当前节点
        #3.当前节点有两个子节点:查找当前节点右子树的左子树,找到最小值,用最小值节点替换当前节点,删除最小值节点
        else:
            #如果当前节点左右子树都为空则返回None
            if node.left is None and node.right is None:
                return None
            #如果当前节点只有一个子树,如果左子树为空,则返回右子树节点;如果右子树节点为空,则返回左子树节点
            elif node.left is None:
                return node.right
            elif node.right is None:
                return node.left
            #如果当前节点有两个子树,则查询当前节点右子树的左子树,找到最小值节点
            #将最小值替换到当前节点
            #将最小值节点递归删除
            else:
                temp=self._min_value_node(node.right)
                node.key=temp.key
                #以当前节点的右子树节点为根节点,删除最小值节点
                node.right=self._remove(node.right,temp.key)
​
        return node
    #查找当前节点的最小值,最小值在当前节点的左子树中
    def _min_value_node(self,node):
        while node.left is not None:
            node=node.left
        return node
​
​
​
​
​
​
if __name__=='__main__':
    bst=BST()
    bst.insert(5)
    bst.insert(8)
    bst.insert(3)
    bst.insert(2)
    bst.insert(7)
    bst.insert(4)
​
​
    result=bst.inorder_search()
    print(result)
    result1 = bst.frontorder_search()
    print(result1)
    result2 = bst.behindorder_search()
    print(result2)
​
    # bst.remove(4)
    # result=bst.inorder_search()
    # print(result)
​
​
​

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SpringBoot3使用MyBatisPlus时遇到的问题 Invalid bean definition with name

问题&#xff1a; 运行springboot3项目报错&#xff1a;Invalid bean definition with name ‘XXXMapper’ defined in file… 原因&#xff1a;springboot3支持的mabits-plus依赖不同导致的 解决办法&#xff1a; 修改为&#xff1a; <dependency><groupId>com…

Chrome和Firefox哪款浏览器的密码管理更安全

在当今数字化时代&#xff0c;浏览器已成为我们日常生活中不可或缺的工具。其中&#xff0c;谷歌Chrome和Mozilla Firefox是两款广受欢迎的浏览器。除了浏览网页外&#xff0c;它们还提供了密码管理功能&#xff0c;帮助用户保存和管理登录凭证。然而&#xff0c;关于哪款浏览器…

大数据新视界 -- 大数据大厂之大数据重塑影视娱乐产业的未来(4 - 4)

&#x1f496;&#x1f496;&#x1f496;亲爱的朋友们&#xff0c;热烈欢迎你们来到 青云交的博客&#xff01;能与你们在此邂逅&#xff0c;我满心欢喜&#xff0c;深感无比荣幸。在这个瞬息万变的时代&#xff0c;我们每个人都在苦苦追寻一处能让心灵安然栖息的港湾。而 我的…

Mac安装Ruby

Mac 安装 Ruby 1. 介绍 Ruby 是一种简洁优雅、功能强大的编程语言。在 20 世纪 90 年代中期由日本的松本行弘&#xff08;まつもとゆきひろ/Yukihiro Matsumoto&#xff09;设计并开发。它具有简洁的语法、动态类型、完全面向对象和强大的元编程能力等特点。广泛应用于 Web 开…

Docker部署MySQL双主双从,主主互备

1. 双主双从 主主互备 MySQL的双主双从(主主互备)架构是一种高可用性和负载均衡的解决方案,它由两台主数据库服务器和两台从数据库服务器组成。每台主服务器同时充当另一台主服务器的从服务器,形成一个互为主从的关系。这种架构可以提供以下优势: 高可用性:任何一台主服…

【算法】反转字符串中的单词、奇数在偶数后

目录 奇数在偶数后 解法一&#xff1a;双指针 复杂度 解法二&#xff1a;插入排序思想 复杂度 反转字符串中的单词 解法一&#xff1a;栈 复杂度 解法二&#xff1a;双指针 复杂度 奇数在偶数后 题目描述&#xff1a; 输入一个整数数组&#xff0c;实现一个接口来调…

江协科技STM32学习- P21 ADC模数转换器

&#x1f680;write in front&#x1f680; &#x1f50e;大家好&#xff0c;我是黄桃罐头&#xff0c;希望你看完之后&#xff0c;能对你有所帮助&#xff0c;不足请指正&#xff01;共同学习交流 &#x1f381;欢迎各位→点赞&#x1f44d; 收藏⭐️ 留言&#x1f4dd;​…

GPT避坑指南:如何辨别逆向、AZ、OpenAI官转

市面上有些说自己是官转&#xff0c;一刀只需要1块甚至几毛钱&#xff0c;并声称官方倍率的&#xff0c;很大可能就是使用的是 逆向或Azure。 如何鉴别逆向 逆向的种类很多&#xff0c;主要分为3类 逆向不知名A| 镜像站或偷的 key。成本约等于0&#xff0c;调用聊天数据可能在…

Rust 力扣 - 48. 旋转图像

文章目录 题目描述题解思路题解代码题解链接 题目描述 题解思路 我们可以将原矩阵进行水平翻转&#xff0c;然后在沿主对角线进行翻转&#xff0c;就能完成原矩阵沿顺时针方向旋转90o的变换 题解代码 impl Solution {pub fn rotate(matrix: &mut Vec<Vec<i32>&…

Depcheck——专门用于检测 JavaScript 和 Node.js 项目中未使用依赖项的工具

文章目录 Depcheck 是什麽核心功能&#x1f4da;检测未使用的依赖&#x1f41b;检测缺失的依赖✨支持多种文件类型&#x1f30d;可扩展性 安装与使用1. 安装 Depcheck2. 使用 Depcheck Depcheck 的应用总结项目源码&#xff1a; Depcheck 是什麽 来看一个常见错误场景&#x1…

微信小程序时间弹窗——年月日时分

需求 1、默认当前时间2、选择时间弹窗限制最大值、最小值3、每次弹起更新最大值为当前时间&#xff0c;默认值为上次选中时间4、 minDate: new Date(2023, 10, 1).getTime(),也可以传入时间字符串new Date(2023-10-1 12:22).getTime() html <view class"flex bb ptb…

ffmpeg视频滤镜:膨胀操作-dilation

滤镜介绍 dilation 官网链接 > FFmpeg Filters Documentation 膨胀滤镜会使图片变的更亮&#xff0c;会让细节别的更明显。膨胀也是形态学中的一种操作&#xff0c;在opencv中也有响应的算子。此外膨胀结合此前腐蚀操作&#xff0c;可以构成开闭操作。 开操作是先腐蚀…