程式設計師必須掌握的資料結構 1
摘要：
無論是任何程式員，不論是演算法，還是其他，都需要掌握一定的資料結構。本文以最優雅的方式，基於Python，完成演算法，不要問，背下來就好。程式碼量更少，更好背。
原始碼
：github.com/SpikeKing/d…
第1篇 查詢和排序：二分查詢、氣泡排序、選...
無論是任何程式員，不論是演算法，還是其他，都需要掌握一定的資料結構。本文以最優雅的方式，基於Python，完成演算法，不要問，背下來就好。程式碼量更少，更好背。
ofollow,noindex">原始碼 ：github.com/SpikeKing/d…
第1篇 查詢和排序：二分查詢、氣泡排序、選擇排序、插入排序、希爾排序、歸併排序、快速排序。
1. 二分查詢
二分查詢，時間複雜度O(logn)，排序一次，查詢多次，排序成本可以忽略；只查詢一次，則順序查詢比較好。非遞迴13行，遞迴11行。
def binary_search(alist, item): """ 二分查詢，非遞迴 1. 2個引數，待查詢alist和查詢項item 2. 宣告3個變數，first，last，found(返回值) 3. while條件，first小於等於last，found是false 4. mid是first和last的中值(整除)； 5. 三個if條件，相等alist[mid]=item，小於中值換last，大於中值換first； 6. 返回found，13行 :param alist: 待查詢alist :param item: 待查詢項item :return: 是否找到 """ first = 0 last = len(alist) - 1 found = False while first <= last and not found: mid = (first + last) // 2 if alist[mid] == item: return True else: if item < alist[mid]: last = mid - 1 else: first = mid + 1 return found def binary_search_re(alist, item): """ 二分查詢，遞迴 1. if終止條件，長度為0，返回False； 2. 中點是長度除2，中值判斷； 3. 小於遞迴前半部分，大於遞迴後半部分，返回遞迴函式； 4. 11行 :param alist: 待查詢alist :param item: 待查詢項item :return: 是否找到 """ if len(alist) == 0: return False else: mid = len(alist) // 2 if alist[mid] == item: return True else: if item < alist[mid]: return binary_search_re(alist[:mid], item) else: return binary_search_re(alist[mid + 1:], item) def test_of_binary_search(): test_list = [0, 1, 2, 8, 13, 17, 19, 32, 42] print(binary_search(test_list, 3)) print(binary_search(test_list, 13)) print(binary_search_re(test_list, 3)) print(binary_search_re(test_list, 13)) if __name__ == '__main__': test_of_binary_search() 複製程式碼
2. 氣泡排序
氣泡排序，時間複雜度O(n^2)，氣泡排序通常被認為是低效的排序方式。優勢是：識別排序列表，和提前終止排序。氣泡排序4行，短氣泡排序9行。
def bubble_sort(alist): """ 氣泡排序 1. 兩次遍歷，第1次遍歷長度，倒序逐漸減1，每遍歷一次，排序一個； 2. 第2次，正常遍歷，少1個值，因為i和i+1； 3. 當前位大於下一位，交換當前位和下一位； 4. 4行 :param alist: 待排序列表 :return: None，內部排序 """ for p_num in range(len(alist) - 1, 0, -1): for i in range(p_num): if alist[i] > alist[i + 1]: alist[i], alist[i + 1] = alist[i + 1], alist[i] def short_bubble_sort(alist): """ 短氣泡排序，增加exchange，額外終止引數 1. 初始為True，當為False時終止； 2. 在第2次迴圈前，設定為False，交換一次就設定為True，一次未交換則觸發終止； 3. 9行，增加5行的exchange操作 :param alist: :return: """ exchange = True for p_num in range(len(alist) - 1, 0, -1): if not exchange: break exchange = False for i in range(p_num): if alist[i] > alist[i + 1]: alist[i], alist[i + 1] = alist[i + 1], alist[i] exchange = True def test_of_bubble_sort(): alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20] # bubble_sort(alist) # print(alist) alist = [17, 20, 26, 93, 77, 31, 44, 55, 54] short_bubble_sort(alist) print(alist) if __name__ == '__main__': test_of_bubble_sort() 複製程式碼
3. 選擇排序
選擇排序，時間複雜度O(n^2)，比較次數與氣泡排序相同，交換次數小於氣泡排序。 選擇排序6行。
def selection_sort(alist): """ 選擇排序，即選擇最大值再交換 1. 依然是2次遍歷，第1次反序，第2次正序，注意起始為1，末尾+1； 2. max_loc儲存最大值，預設第0位； 3. 當loc的值大於max_loc的值時，max_loc重新賦值； 4. 交換loc和max_loc 5. 6行 :param alist: 待排序alist :return: None """ for p_num in range(len(alist) - 1, 0, -1): max_loc = 0 for loc in range(1, p_num + 1): if alist[loc] > alist[max_loc]: max_loc = loc alist[p_num], alist[max_loc] = alist[max_loc], alist[p_num] def tes_of_selection_sort(): alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20] selection_sort(alist) print(alist) if __name__ == '__main__': tes_of_selection_sort() 複製程式碼
4. 插入排序
插入排序，時間複雜度O(n^2)，用移位代替交換，移位操作的時間大約是交換時間的1/3。插入排序7行。
def insert_sort(alist): """ 插入排序， 1. 遍歷列表，儲存當前值cur_val，設定遊標pos 2. 遊標大於0和遊標的值大於當前值，則移位，同時遊標減1； 3. 將當前值賦予遊標的終止位置； 4. 7行 :param alist: 待排序alist :return: None """ for idx in range(1, len(alist)): cur_val = alist[idx] pos = idx# 遊標 while pos > 0 and alist[pos - 1] > cur_val: alist[pos] = alist[pos - 1] pos -= 1 alist[pos] = cur_val# 最後遊標的位置 def test_of_insert_sort(): alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20] insert_sort(alist) print(alist) if __name__ == '__main__': test_of_insert_sort() 複製程式碼
5. 希爾排序
希爾排序，時間複雜度，介於O(n)~O(n^2)，也可以認為是O(n^3/2)，插入排序的改進，比較和移位較少，每次遍歷都會生成一個"更有序"的子列表。12行，增量部分5行，插入部分7行。
def shell_sort(alist): """ 希爾排序 1. 兩部分，第1部分，計算增量gap和起始位置s_pos； 2. 增量是累除2，s_pos是增量的遍歷 3. 增量插入排序，額外傳入起始位置和增量； 4. range的起始由起始位置+增量； 5. 迴圈條件為大於等於增量，差值為增量 6. 12行，增量部分5行，插入部分7行 :param alist: 待排序alist :return: None """ gap = len(alist) // 2 while gap > 0: for s_pos in range(gap): gap_insert_sort(alist, s_pos, gap) gap = gap // 2 def gap_insert_sort(alist, s_pos, gap): """ 帶增量的插入排序 :param alist: 待排序alist :param s_pos: 起始位置 :param gap: 增量 :return: None """ for idx in range(s_pos + gap, len(alist), gap): cur_val = alist[idx] pos = idx while pos >= gap and alist[pos - gap] > cur_val: alist[pos] = alist[pos - gap] pos -= gap alist[pos] = cur_val def test_of_shell_sort(): alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20] shell_sort(alist) print(alist) if __name__ == '__main__': test_of_shell_sort() 複製程式碼
6. 歸併排序
歸併排序，時間複雜度O(nlogn)。20行。
def merge_sort(alist): """ 歸併排序 1. 遞迴，結束條件，只有1個元素，return； 2. mid中心，左右兩部分，遞迴呼叫merge_sort； 3. 遍歷左右，新增較小的值；遍歷其餘部分； 4. 20行 :param alist: :return: """ if len(alist) < 2: return mid = len(alist) // 2 left_half = alist[:mid] right_half = alist[mid:] merge_sort(left_half) merge_sort(right_half) i, j, k = 0, 0, 0 while i < len(left_half) and j < len(right_half): if left_half[i] < right_half[j]: alist[k] = left_half[i] i += 1 else: alist[k] = right_half[j] j += 1 k += 1 while i < len(left_half): alist[k:] = left_half[i:] while j < len(right_half): alist[k:] = right_half[i:] def test_of_merge_sort(): alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20] merge_sort(alist) print(alist) if __name__ == '__main__': test_of_merge_sort() 複製程式碼
7. 快速排序
快速排序，時間複雜度O(nlogn)。不需要額外空間14行，需要額外空間7行。
def quick_sort(alist, fst, lst): """ 快速排序 1. 確定終止條件，起始等於終止； 2. 起始fst和終止lst的位置，樞軸的值pivot； 3. 遍歷i和j， :param alist: 待排序列表 :param fst: 起始idx :param lst: 終止idx :return: None """ if fst >= lst: return i, j = fst, lst pivot = alist[fst] while i <= j: while alist[i] < pivot: i += 1 while alist[j] > pivot: j -= 1 if i <= j: alist[i], alist[j] = alist[j], alist[i] i, j = i + 1, j - 1 quick_sort(alist, fst, j) quick_sort(alist, i, lst) def quick_sort_v2(alist): """ 快速排序 :param alist: :return: """ if len(alist) < 2: return alist pivot = alist[0] small = [i for i in alist if i < pivot] medium = [i for i in alist if i == pivot] large = [i for i in alist if i > pivot] return quick_sort_v2(small) + medium + quick_sort_v2(large) def test_of_quick_sort(): alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20] # quick_sort(alist, 0, len(alist) - 1) # print(alist) alist = quick_sort_v2(alist) print(alist) if __name__ == '__main__': test_of_quick_sort() 複製程式碼
OK, that's all! Enjoy it!