python 数据结构和算法

# heapq模块（堆排序）:从列表中找出最大的或最小的N个元素
import heapq
list1 = [34, 25, 12, 99, 87, 63, 58, 78, 88, 92]
list2 = [
    {'name': 'IBM', 'shares': 100, 'price': 91.1},
    {'name': 'AAPL', 'shares': 50, 'price': 543.22},
    {'name': 'FB', 'shares': 200, 'price': 21.09},
]
print(heapq.nlargest(3, list1))   # nsmallest
print(heapq.nlargest(2, list2, key=lambda x: x['price']))

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import itertools
itertools.permutations('ABCD')      # 产生ABCD的全排列
itertools.combinations('ABCDE', 3)  # 产生ABCDE的五选三组合
itertools.product('ABCD', '123')    # 产生ABCD和123的笛卡尔积
itertools.cycle(('A', 'B', 'C'))    # 产生ABC的无限循环序列


# collections模块常用的工具类：
# namedtuple：命令元组，它是一个类工厂，接受类型的名称和属性列表来创建一个类。
# deque：双端队列，是列表的替代实现。Python中列表底层是基于数组来实现的，而deque底层是双向链表，因此当你需要在头尾添加和删除元素是，deque会表现出更好的性能，渐近时间复杂度为O(1)。
# Counter：dict子类，键是元素，值是元素的计数，它的most_common()方法获取出现频率最高的元素。Counter和dict的继承关系值得商榷的，按照CARP原则，Counter跟dict的关系应该设计为关联关系更为合理。
# OrderedDict：dict的子类，它记录键值对插入的顺序，看起来既有字典的行为，也有链表的行为。
# defaultdict：类似于字典类型，但是可通过默认的工厂函数来获得键对应的默认值，相比字典中的setdefault()方法，这种做法更加高效。

from collections import Counter
words = [
    'look', 'into', 'my', 'eyes','the', 'eyes', "don't", 'look', 'around', 'the', 'eyes', 'look', 'into', 'my', 'eyes', "you're", 'under'
]
counter = Counter(words)
print(counter.most_common(3))   # 找出序列中出现次数最多的元素

 

数据结构和算法

• 算法：解决问题的方法和步骤

• 评价算法的好坏：渐近时间复杂度和渐近空间复杂度。

• 渐近时间复杂度的大O标记：

  •  - 常量时间复杂度 - 布隆过滤器 / 哈希存储
  •  - 对数时间复杂度 - 折半查找（二分查找）
  •  - 线性时间复杂度 - 顺序查找 / 计数排序
  •  - 对数线性时间复杂度 - 高级排序算法（归并排序、快速排序）
  •  - 平方时间复杂度 - 简单排序算法（选择排序、插入排序、冒泡排序）
  •  - 立方时间复杂度 - Floyd算法 / 矩阵乘法运算
  •  - 几何级数时间复杂度 - 汉诺塔
  •  - 阶乘时间复杂度 - 旅行经销商问题 - NPC

常用算法：

• 穷举法 - 又称为暴力破解法，对所有的可能性进行验证，直到找到正确答案。
• 贪婪法 - 在对问题求解时，总是做出在当前看来
• 最好的选择，不追求最优解，快速找到满意解。
• 分治法 - 把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题，再把子问题分成更小的子问题，直到可以直接求解的程度，最后将子问题的解进行合并得到原问题的解。
• 回溯法 - 回溯法又称为试探法，按选优条件向前搜索，当搜索到某一步发现原先选择并不优或达不到目标时，就退回一步重新选择。
• 动态规划 - 基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题，先求解并保存这些子问题的解，避免产生大量的重复运算。

排序算法（选择、冒泡和归并）和查找算法（顺序和折半）

def select_sort(items, comp=lambda x, y: x < y):
    """简单选择排序"""
    items = items[:]
    for i in range(len(items) - 1):
        min_index = i
        for j in range(i + 1, len(items)):
            if comp(items[j], items[min_index]):
                min_index = j
        items[i], items[min_index] = items[min_index], items[i]
    return items

def bubble_sort(items, comp=lambda x, y: x > y):
    """冒泡排序"""
    items = items[:]
    for i in range(len(items) - 1):
        swapped = False
        for j in range(i, len(items) - 1 - i):
            if comp(items[j], items[j + 1]):
                items[j], items[j + 1] = items[j + 1], items[j]
                swapped = True
        if not swapped:
            break
    return items

def bubble_sort(items, comp=lambda x, y: x > y):
    """搅拌排序(冒泡排序升级版)"""
    items = items[:]
    for i in range(len(items) - 1):
        swapped = False
        for j in range(i, len(items) - 1 - i):
            if comp(items[j], items[j + 1]):
                items[j], items[j + 1] = items[j + 1], items[j]
                swapped = True
        if swapped:
            swapped = False
            for j in range(len(items) - 2 - i, i, -1):
                if comp(items[j - 1], items[j]):
                    items[j], items[j - 1] = items[j - 1], items[j]
                    swapped = True
        if not swapped:
            break
    return items


def merge(items1, items2, comp=lambda x, y: x < y):
    """合并(将两个有序的列表合并成一个有序的列表)"""
    items = []
    index1, index2 = 0, 0
    while index1 < len(items1) and index2 < len(items2):
        if comp(items1[index1], items2[index2]):
            items.append(items1[index1])
            index1 += 1
        else:
            items.append(items2[index2])
            index2 += 1
    items += items1[index1:]
    items += items2[index2:]
    return items


def merge_sort(items, comp=lambda x, y: x < y):
    return _merge_sort(list(items), comp)

def _merge_sort(items, comp):
    """归并排序"""
    if len(items) < 2:
        return items
    mid = len(items) // 2
    left = _merge_sort(items[:mid], comp)
    right = _merge_sort(items[mid:], comp)
    return merge(left, right, comp)


def seq_search(items, key):
    """顺序查找"""
    for index, item in enumerate(items):
        if item == key:
            return index
    return -1

def bin_search(items, key):
    """折半查找"""
    start, end = 0, len(items) - 1
    while start <= end:
        mid = (start + end) // 2
        if key > items[mid]:
            start = mid + 1
        elif key < items[mid]:
            end = mid - 1
        else:
            return mid
    return -1

 贪婪

回溯法例子：骑士巡逻。

动态规划例子：子列表元素之和的最大值。

def main():
    items = list(map(int, input().split()))
    overall = partial = items[0]
    for i in range(1, len(items)):
        partial = max(items[i], partial + items[i])
        overall = max(partial, overall)
    print(overall)

分治法：快速排序

"""快速排序 - 选择枢轴对元素进行划分，左边都比枢轴小右边都比枢轴大"""
def quick_sort(items, comp=lambda x, y: x <= y):
    items = list(items)[:]
    _quick_sort(items, 0, len(items) - 1, comp)
    return items

def _quick_sort(items, start, end, comp):
    if start < end:
        pos = _partition(items, start, end, comp)
        _quick_sort(items, start, pos - 1, comp)
        _quick_sort(items, pos + 1, end, comp)

def _partition(items, start, end, comp):
    pivot = items[end]
    i = start - 1
    for j in range(start, end):
        if comp(items[j], pivot):
            i += 1
            items[i], items[j] = items[j], items[i]
    items[i + 1], items[end] = items[end], items[i + 1]
    return i + 1