Python 数据结构

什么是数据结构？

简单来说，数据结构就是设计数据以何种方式组织并并存储在计算机中

比如 ：列表，集合与字典都是一种数据结构
N.Wirth:“程序=数据结构+算法”

1、列表

在其他编程语言中称为“数组”，是一种基本的数据结构类型，这里就不过多阐述了，具体的可以参照Python基础查看用法实例

2、栈

栈是一个数据集合，可以理解为只能在一段进行插入或者删除操作的列表
特点：后进先出
进栈（压栈）：push
出栈：pop
取栈顶：gettop
所有元素操作从栈顶开始
不需要自己定义，使用列表结构即可

栈的应用--括号匹配问题

#  括号匹配问题
def check_char(s):
    stack = []
    for char in s:
        if char in {'(', '[', '{'}:
            stack.append(char)
        elif char == ')':
            if len(stack) > 0 and stack[-1] == '(':
                stack.pop()
            else:
                return False
        elif char == ']':
            if len(stack) > 0 and stack[-1] == '[':
                stack.pop()
            else:
                return False
        elif char == '}':
            if len(stack) > 0 and stack[-1] == '{':
                stack.pop()
            else:
                return False
    if len(stack) == 0:
        return True
    else:
        return False


check_char('([{}])')

栈的迷宫游戏解决

# 栈的思路解决迷宫问题

maze = [
    [1, 0, 1, 0],
    [0, 0, 0, 1],
    [1, 0, 0, 1],
    [1, 1, 0, 0]
]
# 定义的四个方向
dirs = [lambda x, y: (x + 1, y),
        lambda x, y: (x - 1, y),
        lambda x, y: (x, y - 1),
        lambda x, y: (x, y + 1)]


def mpath(x1, y1, x2, y2):
    stack = []
    stack.append((x1, y1))
    while len(stack) > 0:  # 栈不空时循环
        curNode = stack[-1]  # 查看栈顶元素
        if curNode[0] == x2 and curNode[1] == y2:  # 到达终点
            for p in stack:
                print(p)
            return True
        for dir in dirs:
            nextNode = dir(curNode[0], curNode[1])
            if maze[nextNode[0]][nextNode[1]] == 0:  # 找到下一个
                stack.append(nextNode)
                maze[nextNode[0]][nextNode[1]] = -1  # 标记已经走过
                break
        else:  # 四个方向都没有找到
            maze[curNode[0]][curNode[1]] = -1  # 标记死路
            stack.pop()  # 回溯
    print('None')
    return False

栈的思路，深度优先，回溯
队列的思路，广度优先

3、队列

队列是一个数据集合，仅允许在列表的一端进行插入，另一端进行删除
进行插入的一端称为队尾（rear），插入动作称为进队或者入队
进行删除的一端称为队头，删除的动作称为出队
队列的性质：先进先出

双向队列：队列的两端都允许进行进队和出队操作

队列不可以用简单的列表实现

使用方法：from collections import deque
创建队列：queue = dque(li)
进队：append
出队：popleft
双向队列队首进队：appendleft
双向队列队尾进队：pop

队列的实现原理
初步设想：列表 + 两个下标指针
创建一个列表和两个变量，front变量指向队首，rear变量指向队尾，初识时front和rear都为0

进队操作：元素写到li[rear]的位置rear自增1
出队操作：返回li[front]元素front自减1

改进方案：将列表首位逻辑上连接起来

4、链表

每个元素都是一个对象，每个对象称为一个节点，包含有数据域key和指向下一个节点的指针next。通过各个节点之间的相互连接，最终串联成一个链表

class Node():
            def __init__(self, item=None):
                self.item = item
                self.next = None
                self.prior = None
        

链表节点的插入和删除
链表插入和删除的时间复杂度都是o(1)

python中的集合与字典

集合与字典查找在不发生哈希冲突时的时间复杂度是o(1)
哈希表查找
哈希表又称为散列表，是一种线性表的存储结构，通过把每个对象的关键字k作为自变量，通过一个哈希函数h(k)，将k映射到下标h(k)处，并将该对象存储在这个位置

哈希函数种类有很多，

哈希冲突：由于哈希表的下标范围是有限的，二元素关键字的值是接近无限的，因此可能会出现h(1) = 1, h(20008) = 1这种情况。此时两个元素映射到同一个下标处，造成哈希冲突
解决哈希冲突
1、拉链法：将所有冲突的元素用链表连接
2、开放寻址法：通过哈希冲突函数得到新的地址