03：數據結構棧、隊列、鏈表與數組

算法其他篇

1.1 數據結構中的一些概念?????返回頂部

　　1、數據結構是什么

　　　　　　1、簡單來說，數據結果就是設計數據以何種方式存儲在計算機中
　　　　　　2、比如：列表，集合，與字典等都是一種數據結構
　　　　　　3、程序 = 數據結構 + 算法

1.2 棧（stack）?????返回頂部

　　1、棧的定義

? ? ? ? ? ? ? ? ? 棧是一種數據集合，可以理解為只能在一端進行插入或刪除操作的列表

　　2、棧的特點

????????????????? 后進先出（last-in, first-out）

　　3、棧的概念

????????????????? 棧頂，棧底

　　4、棧的基本操作

????????????????? 進棧（壓棧）：push

????????????????? 出棧：pop

????????????????? 取棧頂：gettop

　　5、棧的使用：匹配括號是否成對出現

def check_kuohao(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 Falseelif char == ']':if len(stack) > 0 and stack[-1] == '[':stack.pop()else:return Falseelif char == '}':if len(stack) > 0 and stack[-1] == '{':stack.pop()else:return Falseif len(stack) == 0:return Trueelse:return False
print(check_kuohao('(){}{}[]'))  #True

匹配括號是否成對出現

1.3 隊列?????返回頂部

　　1、隊列定義

　　　　　　1、隊列是一個數據集合，僅允許在列表的一端進行插入，另一端進行刪除
　　　　　　2、插入的一端稱為隊尾（rear），插入動作叫進隊或入隊
　　　　　　3、進行刪除的一端稱為對頭（front），刪除動作稱為出隊
　　　　　　4、隊列性質：先進先出（First-in, First-out）
　　　　　　5、雙向隊列：隊列的兩端都允許進行進隊和出隊操作

　　2、對列使用方法

　　　　　　1、導入： from collectios import deque
　　　　　　2、創建隊列：queue = deque(li)
　　　　　　3、進隊： append
　　　　　　4、出隊： popleft
　　　　　　5、雙向隊列隊首進隊：appendleft
　　　　　　6、雙向隊列隊尾出隊：pop

　　3、雙向對列原理圖

　　　　　　1、環形對列：當對位指針front == Maxsize + 1 時，再進一個位置就自動到0
　　　　　　2、實現方法：求余數運算
　　　　　　3、隊首指針前進1： front = (front + 1)%MaxSize
　　　　　　4、隊尾指針前進1：rear = (rear+1)%MaxSize
　　　　　　5、隊空條件：rear == front
　　　　　　6、隊滿條件：（rear+1）%MaxSize == front

? ? ? ? ? ? ? ??

1.4 鏈表?????返回頂部

　　1、單鏈表

　　　　注：鏈表中每個元素都是一個對象，每個對象稱為一個節點，包含有數據域key和指向下一節點的指針next，通過各個節點間的相互連接，最終串聯成一個鏈表

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Node(object):def __init__(self, item):self.item = itemself.next = Noneclass DLinkList(object):def __init__(self):self._head = Nonedef is_empty(self):return self._head == Nonedef append(self, item):'''尾部追加元素'''node = Node(item)if self.is_empty():self._head = nodeelse:cur = self._headwhile cur.next != None:cur = cur.nextcur.next = nodedef add(self, item):"""頭部插入元素"""node = Node(item)if self.is_empty():self._head = node         # 如果是空鏈表，將_head指向nodeelse:node.next = self._head      # 將node的next指向_head的頭節點self._head = node        # 將_head 指向nodedef travel(self):cur = self._headwhile cur != None:print cur.item,cur = cur.nextprint ""def remove(self, item):"""刪除元素"""if self.is_empty():returnelse:cur = self._headif cur.item == item:# 如果首節點的元素即是要刪除的元素if cur.next == None:  # 如果鏈表只有這一個節點self._head = Noneelse:  # 將_head指向第二個節點self._head = cur.nextreturnwhile cur != None:if cur.next.item == item:cur.next = cur.next.nextbreakcur = cur.nextdef insert(self, pos, item):"""在指定位置添加節點"""if pos <= 0:self.add(item)elif pos > (self.length() - 1):self.append(item)else:node = Node(item)cur = self._headcount = 0# 移動到指定位置的前一個位置while count < (pos - 1):count += 1cur_next = cur.next# 將node的next指向cur的下一個節點cur.next = nodenode.next = cur_nextdef length(self):"""返回鏈表的長度"""cur = self._headcount = 0while cur != None:count += 1cur = cur.nextreturn countif __name__ == '__main__':ll = DLinkList()# 1、將鏈表后面追加三個元素：1,2,3ll.append(1)ll.append(2)ll.append(3)ll.travel()  # 1 2 3# 2、將鏈表頭部插入一個元素：0
    ll.add(0)ll.travel()  # 1 2 3  ==>  0 1 2 3# 3、刪除鏈表中的元素：3ll.remove(3)ll.travel()  # 0 1 2 3  ==>  0 1 2# 4、在鏈表的第2號位置插入元素：8ll.insert(2,8)ll.travel()  # 0 1 2  ==>  0 8 1 2

單鏈表增刪改查

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Node(object):def __init__(self, val):self.val = valself.next = Nonedef list_reverse(head):if head == None:return NoneL, R, cur = None, None, head  # 左指針、有指針、游標while cur.next != None:L = R             # 左側指針指向以前右側指針位置R = cur           # 右側指針前進一位指向當前游標位置cur = cur.next    # 游標每次向前進一位R.next = L        # 右側指針指向左側實現反轉cur.next = R          # 當跳出 while 循環時 cur(原鏈表最后一個元素) R(原鏈表倒數第二個元素)return curif __name__ == '__main__':'''原始鏈表：1 -> 2 -> 3 -> 4反轉鏈表：4 -> 3 -> 2 -> 1'''l1 = Node(1)l1.next = Node(2)l1.next.next = Node(3)l1.next.next.next = Node(4)l = list_reverse(l1)print l.val         # 4  反轉后鏈表第一個值4print l.next.val    # 3  第二個值3

鏈表反轉

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class ListNode(object):def __init__(self, val, next=None):self.val = valself.next = next# 歸并法: 對鏈表排序
class Solution:def sortList(self, head):if head is None or head.next is None:return headpre = headslow = head  # 使用快慢指針來確定中點fast = headwhile fast and fast.next:pre = slowslow = slow.nextfast = fast.next.nextleft = headright = pre.nextpre.next = None  # 從中間打斷鏈表left = self.sortList(left)right = self.sortList(right)return self.merge(left, right)def merge(self, left, right):pre = ListNode(-1)first = prewhile left and right:if left.val < right.val:pre.next = leftpre = leftleft = left.nextelse:pre.next = rightpre = rightright = right.nextif left:pre.next = leftelse:pre.next = rightreturn first.nextnode1 = ListNode(4)
node2 = ListNode(3)
node3 = ListNode(2)
node4 = ListNode(1)node1.next = node2
node2.next = node3
node3.next = node4s = Solution()
result = s.sortList(node1)while (result != None):print result.val,    # 1 2 3 4result = result.next

鏈表排序：歸并排序算法實現

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
def mergesort(seq):if len(seq) <= 1:return seqmid = int(len(seq) / 2)left = mergesort(seq[:mid])right = mergesort(seq[mid:])return merge(left, right)def merge(left, right):result = []i, j = 0, 0while i < len(left) and j < len(right):if left[i] <= right[j]:result.append(left[i])i += 1else:result.append(right[j])j += 1result += left[i:]result += right[j:]return resultif __name__ == '__main__':seq = [10,4,6,3,8,2,5,7]print mergesort(seq)  # [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10]

對python列表排序：歸并排序對比

　　2、雙鏈表

　　　　注：雙鏈表中每個節點有兩個指針：一個指針指向后面節點、一個指向前面節點

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Node(object):"""雙向鏈表節點"""def __init__(self, item):self.item = itemself.next = Noneself.prev = Noneclass DLinkList(object):"""雙向鏈表"""def __init__(self):self._head = Nonedef is_empty(self):"""判斷鏈表是否為空"""return self._head == Nonedef length(self):"""返回鏈表的長度"""cur = self._headcount = 0while cur != None:count += 1cur = cur.nextreturn countdef travel(self):"""遍歷鏈表"""cur = self._headwhile cur != None:print cur.item,cur = cur.nextprint ""def add(self, item):"""頭部插入元素"""node = Node(item)if self.is_empty():# 如果是空鏈表，將_head指向nodeself._head = nodeelse:# 將node的next指向_head的頭節點node.next = self._head# 將_head的頭節點的prev指向nodeself._head.prev = node# 將_head 指向nodeself._head = nodedef append(self, item):"""尾部插入元素"""node = Node(item)if self.is_empty():# 如果是空鏈表，將_head指向nodeself._head = nodeelse:# 移動到鏈表尾部cur = self._headwhile cur.next != None:cur = cur.next# 將尾節點cur的next指向nodecur.next = node# 將node的prev指向curnode.prev = curdef search(self, item):"""查找元素是否存在"""cur = self._headwhile cur != None:if cur.item == item:return Truecur = cur.nextreturn Falsedef insert(self, pos, item):"""在指定位置添加節點"""if pos <= 0:self.add(item)elif pos > (self.length() - 1):self.append(item)else:node = Node(item)cur = self._headcount = 0# 移動到指定位置的前一個位置while count < (pos - 1):count += 1cur = cur.next# 將node的prev指向curnode.prev = cur# 將node的next指向cur的下一個節點node.next = cur.next# 將cur的下一個節點的prev指向nodecur.next.prev = node# 將cur的next指向nodecur.next = nodedef remove(self, item):"""刪除元素"""if self.is_empty():returnelse:cur = self._headif cur.item == item:# 如果首節點的元素即是要刪除的元素if cur.next == None:# 如果鏈表只有這一個節點self._head = Noneelse:# 將第二個節點的prev設置為Nonecur.next.prev = None# 將_head指向第二個節點self._head = cur.nextreturnwhile cur != None:if cur.item == item:# 將cur的前一個節點的next指向cur的后一個節點cur.prev.next = cur.next# 將cur的后一個節點的prev指向cur的前一個節點cur.next.prev = cur.prevbreakcur = cur.nextif __name__ == "__main__":ll = DLinkList()ll.add(1)ll.add(2)# ll.append(3)# ll.insert(2, 4)# ll.insert(4, 5)# ll.insert(0, 6)# print "length:",ll.length()# ll.travel()# print ll.search(3)# print ll.search(4)# ll.remove(1)print "length:",ll.length()ll.travel()

雙鏈表增刪改查

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Node(object):def __init__(self, item):self.item = itemself.next = Noneself.prev = Noneclass DLinkList(object):def __init__(self):self._head = Nonedef is_empty(self):return self._head == Nonedef append(self, item):node = Node(item)if self.is_empty():self._head = nodeelse:cur = self._headwhile cur.next != None:cur = cur.nextcur.next = nodenode.prev = curdef travel(self):cur = self._headwhile cur != None:print cur.item,cur = cur.nextif __name__ == '__main__':ll = DLinkList()ll.append(1)ll.append(2)ll.append(3)# print ll._head.item              # 打印第一個元素：1# print ll._head.next.item         # 打印第二個元素：2# print ll._head.next.next.item    # 打印第三個元素：3ll.travel()    # 1 2 3