Python高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實例分析

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一、簡介

我們將從以下幾個方面來展開本文的內(nèi)容：

棧（Stack）

隊列（Queue）

鏈表（Linked List）

堆（Heap）

排序算法（Sorting Algorithms）

查找算法（Searching Algorithms）

二、棧（Stack）

棧是一種后進(jìn)先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只允許在棧頂進(jìn)行插入和刪除操作。在Python中，我們可以使用列表（list）實現(xiàn)棧。

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、隊列（Queue）

隊列是一種先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只允許在隊尾進(jìn)行插入操作，而在隊頭進(jìn)行刪除操作。在Python中，我們可以使用collections模塊中的deque類實現(xiàn)隊列。

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")

四、堆（Heap）

堆是一種特殊的完全二叉樹，它的每個節(jié)點都大于等于（最大堆）或小于等于（最小堆）其子節(jié)點。在Python中，我們可以使用heapq庫實現(xiàn)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)

五、排序算法（Sorting Algorithms）

1. 冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序是一種簡單的排序算法，通過重復(fù)遍歷列表，比較相鄰元素并交換不正確的順序。

 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. 選擇排序（Selection Sort）

選擇排序是一種簡單的排序算法，每次遍歷列表找到最?。ɑ蜃畲螅┑脑兀瑢⑵浞诺秸_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）

插入排序是一種簡單的排序算法，將未排序的元素逐個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

六、查找算法（Searching Algorithms）

1. 順序查找（Sequential Search）

順序查找是一種簡單的查找算法，通過遍歷列表，逐個比較元素來查找目標(biāo)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）

二分查找是一種高效的查找算法，要求列表已排序。每次查找都將范圍縮小一半，直到找到目標(biāo)值。

def binary_search(arr, target):
    low, high = 0, len(arr) - 1
    while low <= high:
        mid = (low + high) // 2
        if arr[mid] == target:
            return mid
    elif arr[mid] < target:
        low = mid + 1
    else:
        high = mid - 1
return -1

讀到這里，這篇“Python高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實例分析”文章已經(jīng)介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領(lǐng)會，如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。