python 堆和优先队列的使用详解


Posted in Python onMarch 05, 2019

1.heapq

python里面的堆是通过在列表中维护堆的性质实现的。这一点与C++中heap一系列的算法类似,底层是通过堆vector的维护获取堆的性质。

关于二叉树

二叉树的特点:

二叉树是一种存储数据元素的汇集数据结构。

二叉树最重要的性质就是树的高度和树中可以容纳的最大结点个数之间的关系。树的高度类似于表长,是从根结点到其他结点的最大距离。在长为n的表里只能容纳n个结点,而在高为h的二叉树中则可以容纳大约2^h个结点,这是表和树的最大不同点。

一般的元素插入,如果是按线性顺序排列的,那么操作必然需要O(n)的时间(需要对n个数据进行移位处理),要突破这个限制,必须考虑其他数据结构的组织方式。二叉树就是一种高效插入的存储方式。

堆排序利用的是完全二叉树。

python堆的部分API,其他API查阅文档python_heap_API和  heapq的源代码

import heapq
#向堆中插入元素,heapq会维护列表heap中的元素保持堆的性质
heapq.heappush(heap, item)
#heapq把列表x转换成堆
heapq.heapify(x)
#从可迭代的迭代器中返回最大的n个数,可以指定比较的key
heapq.nlargest(n, iterable[, key])
#从可迭代的迭代器中返回最小的n个数,可以指定比较的key
heapq.nsmallest(n, iterable[, key])
#从堆中删除元素,返回值是堆中最小或者最大的元素
heapq.heappop(heap)

1.1.内置类型

从上述源代码可以看出来,heapq使用的内置的小于号,或者类的__lt__比较运算来进行比较。

def heapq_int():
  heap = []
  #以堆的形式插入堆
  heapq.heappush(heap,10)
  heapq.heappush(heap,1)
  heapq.heappush(heap,10/2)
  [heapq.heappush(heap,i) for i in range(10)]
  [heapq.heappush(heap,10 - i) for i in range(10)]
  #最大的10个元素
  print heapq.nlargest(10,heap)
  #输出所有元素
  print [heapq.heappop(heap) for i in range(len(heap))]

1.2.元组类型

元素会默认调用内置比较函数cmp

def heapq_tuple():
  heap = []
  #向推中插入元组
  heapq.heappush(heap,(10,'ten'))
  heapq.heappush(heap,(1,'one'))
  heapq.heappush(heap,(10/2,'five'))
  while heap:
    print heapq.heappop(heap),
  print

1.2.类类型

类类型,使用的是小于号_lt_,当然没有重写但是有其他的比较函数例如:_le_,_gt_,_cmp_,也是会调用的,和小于号等价的都可以调用(测试了gt),具体的这些操作之间的关系我也没有研究过。如果类里面没有重写_lt_,会调用其他的比较操作符,从源代码可以看出来,如果没有_lt_,那么会调用_ge_函数。

所以可以重写上述的那些函数:

class Skill(object):
  def __init__(self,priority,description):
    self.priority = priority
    self.description = description
  def __lt__(self,other):#operator < 
    return self.priority < other.priority
  def __ge__(self,other):#oprator >=
    return self.priority >= other.priority
  def __le__(self,other):#oprator <=
    return self.priority <= other.priority
  def __cmp__(self,other):
    #call global(builtin) function cmp for int
    return cmp(self.priority,other.priority)
  def __str__(self):
    return '(' + str(self.priority)+',\'' + self.description + '\')'

def heapq_class():
  heap = []
  heapq.heappush(heap,Skill(5,'proficient'))
  heapq.heappush(heap,Skill(10,'expert'))
  heapq.heappush(heap,Skill(1,'novice'))
  while heap:
    print heapq.heappop(heap),
  print

所以如果要用到自己定义的类型,可以重写上述函数,就可以使用heapq函数了。

2.PriorityQueue

PriorityQueue的python源代码PriorityQueue 

从源代码可以看出来,PriorityQueue使用的就是heapq来实现的,所以可以认为两者算法本质上是一样的。当然PriorityQueue考虑到了线程安全的问题。

下面给出PriorityQueue的部分API和使用方法。

参考Queue

#向队列中添加元素
Queue.put(item[, block[, timeout]])
#从队列中获取元素
Queue.get([block[, timeout]])
#队列判空
Queue.empty()
#队列大小
Queue.qsize()

2.1.内置类型

直接调用内置函数cmp进行比较

try:
  import Queue as Q #python version < 3.0
except ImportError:
  import queue as Q #python3.*
def PriorityQueue_int():
  que = Q.PriorityQueue()
  que.put(10)
  que.put(1)
  que.put(5)
  while not que.empty():
    print que.get(),
  print

2.2.元组类型

def PriorityQueue_tuple():
  que = Q.PriorityQueue()
  que.put((10,'ten'))
  que.put((1,'one'))
  que.put((10/2,'five'))
  while not que.empty():
    print que.get(),
  print

2.2.自定义类型

class Skill(object):
  def __init__(self,priority,description):
    self.priority = priority
    self.description = description
  #下面两个方法重写一个就可以了
  def __lt__(self,other):#operator < 
    return self.priority < other.priority
  def __cmp__(self,other):
    #call global(builtin) function cmp for int
    return cmp(self.priority,other.priority)
  def __str__(self):
    return '(' + str(self.priority)+',\'' + self.description + '\')'

def PriorityQueue_class():
  que = Q.PriorityQueue()
  skill5 = Skill(5,'proficient')
  skill6 = Skill(6,'proficient6')
  que.put(skill6)
  que.put(Skill(5,'proficient'))
  que.put(Skill(10,'expert'))
  que.put(Skill(1,'novice'))
  while not que.empty():
    print que.get(),
  print

其他的一些方法的使用还是需要参考给出的文档的。

最后一点,让我比较奇怪的是(可能我并没有找到),没有提供像排序函数那样,指定比较方法函数,这点和c++有点区别。

这篇文档参考:参考文档

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
Pyramid添加Middleware的方法实例
Nov 27 Python
使用Python的Twisted框架构建非阻塞下载程序的实例教程
May 25 Python
Python制作钉钉加密/解密工具
Dec 07 Python
Python中如何优雅的合并两个字典(dict)方法示例
Aug 09 Python
python 对多个csv文件分别进行处理的方法
Jan 07 Python
windows下numpy下载与安装图文教程
Apr 02 Python
python bluetooth蓝牙信息获取蓝牙设备类型的方法
Nov 29 Python
python实现一个点绕另一个点旋转后的坐标
Dec 04 Python
解决pycharm下pyuic工具使用的问题
Apr 08 Python
numpy库ndarray多维数组的维度变换方法(reshape、resize、swapaxes、flatten)
Apr 28 Python
python 使用递归的方式实现语义图片分割功能
Jul 16 Python
python opencv人脸识别考勤系统的完整源码
Apr 26 Python
Python两个字典键同值相加的几种方法
Mar 05 #Python
详解python算法之冒泡排序
Mar 05 #Python
Python字符串通过'+'和join函数拼接新字符串的性能测试比较
Mar 05 #Python
Python实现KNN(K-近邻)算法的示例代码
Mar 05 #Python
Python按钮的响应事件详解
Mar 04 #Python
Python中三元表达式的几种写法介绍
Mar 04 #Python
Python生成器的使用方法和示例代码
Mar 04 #Python
You might like
使用PHPMYADMIN操作mysql数据库添加新用户和数据库的方法
2010/04/02 PHP
让PHP显示Facebook的粉丝数量方法
2014/01/08 PHP
PHP中对于浮点型的数据需要用不同的方法解决
2014/03/11 PHP
PHP把小数转成整数3种方法
2014/06/30 PHP
PHP屏蔽过滤指定关键字的方法
2014/11/03 PHP
php中simplexml_load_file函数用法实例
2014/11/12 PHP
JavaScript基础语法让人疑惑的地方小结
2012/05/23 Javascript
jquery插件制作 图片走廊 gallery
2012/08/17 Javascript
JS常用正则表达式总结
2013/11/12 Javascript
jQuery响应enter键的实现思路
2014/04/18 Javascript
浅析js预加载/延迟加载
2014/09/25 Javascript
javascript实现简单的省市区三级联动
2015/05/14 Javascript
js实现全国省份城市级联下拉菜单效果代码
2015/09/07 Javascript
AngularJS入门教程之AngularJS 模板
2016/08/18 Javascript
移动端点击态处理的三种实现方式
2017/01/12 Javascript
详解nodejs通过代理(proxy)发送http请求(request)
2017/09/22 NodeJs
JavaScript栈和队列相关操作与实现方法详解
2018/12/07 Javascript
vue 对axios get pust put delete封装的实例代码
2020/01/05 Javascript
深入分析在Python模块顶层运行的代码引起的一个Bug
2014/07/04 Python
跟老齐学Python之不要红头文件(1)
2014/09/28 Python
Python pickle类库介绍(对象序列化和反序列化)
2014/11/21 Python
在Python的Django框架上部署ORM库的教程
2015/04/20 Python
举例讲解如何在Python编程中进行迭代和遍历
2016/01/19 Python
Python基于OpenCV实现视频的人脸检测
2018/01/23 Python
Python判断字符串是否为字母或者数字(浮点数)的多种方法
2018/08/03 Python
用Python shell简化开发
2018/08/08 Python
Python使用APScheduler实现定时任务过程解析
2019/09/11 Python
Python连接Hadoop数据中遇到的各种坑(汇总)
2020/04/14 Python
CSS3的resize属性使用初探
2015/09/27 HTML / CSS
Mansur Gavriel官网:纽约市的一个设计品牌
2019/05/02 全球购物
公司踏青活动方案
2014/08/16 职场文书
企业公益活动策划方案
2014/08/24 职场文书
房屋租赁合同协议书范本
2014/10/19 职场文书
师德承诺书
2015/01/20 职场文书
中国汉字听写大会观后感
2015/06/02 职场文书
员工升职自我评价
2019/03/26 职场文书