# 原创
： Python数据结构（三）——基本数据结构
# Python数据结构（三）——基本数据结构
## 基本数据结构
## Contents
### 栈
#### 简介
#### Python实现栈
```
class Stack:
def __init__(self):
self.items = []
def isEmpty(self):
return self.items == []
def push(self,item):
self.items.append(item)
def pop(self):
self.items.pop()
def peek(self):
return self.items.pop()
def size(self):
return len(self.items)
```
```
# 创建一个空栈
s = Stack()
print s.isEmpty()
```
```
True
```
```
s.push(4)
s.push('dog')
s.items
```
```
[4, 'dog']
```
#### 简单括号匹配
给出一个表达式(5+6)∗(7+8)/(4+3)，如何判断它的括号是否匹配,给出一个空栈，如果是’(‘就入栈,如果是’(‘就出栈，最后的栈如果是空栈则括号匹配，否则不匹配
```
from pythonds.basic.stack import Stack
def parChecker(symbolString):
s = Stack()
balanced = True
index = 0
while index < len(symbolString) and balanced:
symbol = symbolString[index]
if symbol == "(":
s.push(symbol)
elif symbol == ")":
# 空栈不能弹栈
if s.isEmpty():
balanced = False
else:
s.pop()
index = index + 1
# 两个条件，前面的"("匹配成功并且s为空栈
if balanced and s.isEmpty():
return True
else:
return False
print(parChecker('(2((3)2))'))
print(parChecker('(2(3)'))
print(parChecker('((((2(3)'))
```
```
True
False
False
```
#### 符号匹配
在 Python 中，方括号 [ 和 ] 用于列表，花括号 { 和 } 用于字典。括号 ( 和 ) 用于元祖和算术表达式。只要每个符号都能保持自己的开始和结束关系，就可以混合符号
```
from pythonds.basic.stack import Stack
def parChecker(string):
s = Stack()
balanced = True
index = 0
while index<len(string) and balanced:
symbol = string[index]
if symbol in "([{":
s.push(symbol)
elif symbol in ")}]":
if s.isEmpty():
balanced = False
else:
top = s.pop()
if not matches(top,symbol):
balanced = False
index += 1
if balanced and s.isEmpty():
return True
else:
return False
def matches(open,close):
opens = "([{"
closers = ")]}"
return opens.index(open) == closers.index(close)
print(parChecker('{{([][])}()}'))
print(parChecker('[{()]'))
```
```
True
False
```
#### 十进制转换成二进制
```
from pythonds.basic.stack import Stack
def divideBy2(number):
remstack = Stack()
while number>0:
rem = number%2
# 入栈
remstack.push(rem)
number //= 2
binString = ''
while not remstack.isEmpty():
# 出栈
binString += str(remstack.pop())
return binString
print divideBy2(7)
print divideBy2(43)
print divideBy2(6)
```
```
111
101011
110
```
更进一步，将基数2变为任意基数2-16
```
def baseConverter(number,base):
digits = "0123456789ABCDEF"
remstack = Stack()
while number > 0:
rem = number%base
remstack.push(rem)
number //= base
newString = ''
while not remstack.isEmpty():
newString += digits[remstack.pop()]
return newString
print(baseConverter(30,2))
print(baseConverter(30,16))
```
```
11110
1E
```
#### 中缀前缀和后缀表达式
我们生活中一般接触到的都是中缀运算符，所以不作介绍，而前缀和后缀运算符与中缀运算符的转换见下表：
##### 中缀转后缀算法
假设中缀表达式是一个由空格分隔的标记字符串。 操作符标记是`*，/，+和 -` ，以及左右括号。操作数是单字符 A，B，C 等。 以下步骤将后缀顺序生成一个字符串:
* 创建一个名为 `opstack` 的空栈以保存运算符。给输出创建一个空列表。
* 通过使用字符串方法拆分将输入的中缀字符串转换为标记列表。
* 从左到右扫描标记列表。
* 如果标记是操作数，将其附加到输出列表的末尾。
* 如果标记是左括号，将其压到 opstack 上。
* 如果标记是右括号，则弹出 opstack，直到删除相应的左括号。将每个运算符附加到输出列表的末尾。
* 如果标记是运算符，`*，/，+或 -`，将其压入 `opstack`。但是，首先删除已经在 opstack 中具有更高或相等优先级的任何运算符，并将它们加到输出列表中。
* 当输入表达式被完全处理时，检查 opstack。仍然在栈上的任何运算符都可以删除并加到输出列表的末尾。
```
from pythonds.basic.stack import Stack
def infixToPostfix(infixexpr):
# 优先级字典
prec = {}
prec["*"] = 3
prec["/"] = 3
prec["+"] = 2
prec["-"] = 2
prec["("] = 1
opStack = Stack()
postfixList = []
# 空格分隔的表达式
tokenList = infixexpr.split()
for token in tokenList:
# 操作数
if token in "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ" or token in "0123456789":
postfixList.append(token)
# 括号
elif token == "(":
opStack.push(token)
elif token == ")":
topToken = opStack.pop()
while topToken != '(':
postfixList.append(topToken)
topToken = opStack.pop()
# 操作符
else:
# 栈顶优先级大于当前操作符，并且栈不为空，弹栈加入输出列表
# 并且将当前操作符入栈
while (not opStack.isEmpty()) and (prec[opStack.peek()] >= prec[token]):
postfixList.append(opStack.pop())
opStack.push(token)
# 操作符栈不为空，全部弹出并加入输出链表
while not opStack.isEmpty():
postfixList.append(opStack.pop())
# 以空格为界加上去
return " ".join(postfixList)
print(infixToPostfix("A * B + C * D"))
print(infixToPostfix("( A + B ) * C - ( D - E ) * ( F + G )"))
```
```
A B * C D * +
A B + C * D E - F G + * -
```
##### 后缀表达式求值
例如计算：`4 5 6 * +`
思路：
假设后缀表达式是一个由空格分隔的标记字符串。 运算符为`*，/，+和 -`，操作数假定为单个整数值。 输出将是一个整数结果。
```
from pythonds.basic.stack import Stack
def postfixEval(postfixExpr):
openrandStack = Stack()
tokenList = postfixExpr.split()
for token in tokenList:
if token in "0123456789":
openrandStack.push(int(token))
else:
operand2 = openrandStack.pop()
operand1 = openrandStack.pop()
result = doMath(token,operand1,operand2)
openrandStack.push(result)
return openrandStack.pop()
def doMath(op,op1,op2):
if op == "*":
return op1*op2
elif op == "/":
if op2 == 0:
return False
else:
return op1/op2
elif op == "+":
return op1+op2
elif op == "-":
return op1-op2
```
```
print postfixEval('7 8 + 3 2 + /')
```
```
3
```
### 队列
#### 简介
添加新项的一端称为队尾，移除项的一端称为队首，先进先出（FIFO）
* `Queue()` 创建一个空的新队列。 它不需要参数，并返回一个空队列。
* `enqueue(item)` 将新项添加到队尾。 它需要 item 作为参数，并不返回任何内容。
* `dequeue()`从队首移除项。它不需要参数并返回 item。 队列被修改。
* `isEmpty()` 查看队列是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
* `size()`返回队列中的项数。它不需要参数，并返回一个整数。
#### Python实现队列
假定队尾在列表中的位置为 0，入队（队尾）为 O(n)，出队为 O(1)。
```
class Queue():
def __init__(self):
self.items = []
def isEmpty(self):
return self.items == []
def enqueue(self,item):
self.items.insert(0,item)
def dequeue(self,item):
self.items.pop()
def size(self):
return len(self.items)
```
```
q = Queue()
q.enqueue(888)
q.enqueue('11e')
print q.size()
print q.items
```
```
2
['11e', 888]
```
#### 模拟：烫手山芋
首先，让我们看看孩子们的游戏烫手山芋，在这个游戏中，孩子们围成一个圈，并尽可能快的将一个山芋递给旁边的孩子。在某一个时间，动作结束，有山芋的孩子从圈中移除。游戏继续开始直到剩下最后一个孩子。
```
from pythonds.basic.queue import Queue
def hotPotato(namelist,num):
simqueue = Queue()
for name in namelist:
simqueue.enqueue(name)
while simqueue.size()>1:
for i in range(num):
simqueue.enqueue(simqueue.dequeue())
simqueue.dequeue()
return simqueue.dequeue()
print(hotPotato(["Bill","David","Susan","Jane","Kent","Brad"],7))
```
```
Susan
```
### 双端队列Deque
#### 简介
#### Python实现Deque
```
class Deque:
def __init__(self):
self.items = []
def isEmpty(self):
return self.items == []
def addFront(self,item):
self.items.append(item)
def addRear(self,item):
self.items.insert(0,item)
def removeFront(self):
return self.items.pop()
def removeRear(self):
return self.items.pop(0)
def size(self):
return len(self.items)
```
#### 回文检查
如`radar toot madam`，我们先将字符串存入deque，如果队首队尾元素相同，删除队首队尾，直至只剩下一个字符或者0个字符
```
from pythonds.basic.deque import Deque
def palchecker(astring):
chardeque = Deque()
for ch in astring:
chardeque.addRear(ch)
stillEqual = True
while chardeque.size()>1 and stillEqual:
first = chardeque.removeFront()
last = chardeque.removeRear()
if first != last:
stillEqual = False
return stillEqual
print(palchecker("lsdkjfskf"))
print(palchecker("radar"))
```
```
False
True
```
### 无序列表
#### 简介
#### 实现无序列表：链表
```
# 定义链表结点
class Node:
def __init__(self,initdata):
self.data = initdata
self.next = None
def getData(self):
return self.data
def getNext(self):
return self.next
def setData(self,newdata):
self.data = newdata
def setNext(self,newnext):
self.next = newnext
```
```
temp = Node(666)
temp.getData()
```
```
666
```
```
# 定义无序链表类，只需要指出第一个结点的位置
# 空链表
class UnorderedList:
def __init__(self):
self.head = None
```
### 有序列表抽象数据结构