Python에서 기본적이고 일반적으로 사용되는 알고리즘

이 글은 주로 Python에서 일반적으로 사용되는 알고리즘에 대해 설명합니다. Python에서 일반적으로 사용되는 정렬 알고리즘에는 특정 참조 값이 있습니다. 관심 있는 친구는 이 섹션의 내용을 참조할 수 있습니다.

알고리즘 정의시간 복잡성

공간 복잡성

일반적으로 사용되는 알고리즘의 예

1. 알고리즘 정의

알고리즘(Algorithm)은 문제 해결 방법에 대한 정확하고 완전한 설명을 의미하며, 문제 해결을 위한 일련의 명확한 지침을 나타냅니다. 문제에 대한 해결책을 설명하는 것입니다. 즉, 특정 입력 사양에 대해 제한된 시간 내에 필요한 출력을 얻는 것이 가능합니다. 알고리즘에 결함이 있거나 문제에 적합하지 않은 경우 알고리즘을 실행해도 문제가 해결되지 않습니다. 서로 다른 알고리즘은 동일한 작업을 완료하기 위해 서로 다른 시간, 공간 또는 효율성을 사용할 수 있습니다. 알고리즘의 품질은 공간 복잡도와 시간 복잡도로 측정할 수 있습니다.

알고리즘은 다음과 같은 7가지 중요한 특성을 가져야 합니다.

①유한성: 알고리즘의 유한성은 제한된 수의 단계를 실행한 후에 알고리즘이 종료될 수 있어야 함을 의미합니다.

②정확성: 알고리즘의 각 단계에는

3입력: 알고리즘에는 작업 개체의 초기 상황을 설명하는 0개 이상의 입력이 있습니다. 소위 0개의 입력은 알고리즘 자체를 나타냅니다.

4출력: 알고리즘에는 1개 이상의 출력이 있습니다. 입력 데이터 처리 결과를 반영합니다. 출력이 없는 알고리즘은 의미가 없습니다.

⑤효과성: 알고리즘에서 수행되는 모든 계산 단계는 실행 가능한 기본 작업 단계로 분해될 수 있습니다. 즉, 각 계산 단계는 시간 내에 유한한 수의 완료로 수행될 수 있습니다(효과성이라고도 함).

⑥ 고효율(High Efficiency): 빠른 실행 및 낮은 리소스 사용량

7 견고성(Robustness): 데이터에 대한 올바른 응답.

2. 시간 복잡도

컴퓨터 과학에서 알고리즘의 시간 복잡도는 알고리즘의 실행 시간을 정량적으로 설명하는 함수로 일반적으로 Big O 표기법으로 표현됩니다. 표기법)은 함수의 점근적 동작을 설명하는 데 사용되는 수학적 표기법입니다. 더 정확하게는 다른(일반적으로 더 간단한) 함수의 관점에서 함수 크기의 점근적 상한을 설명하는 데 사용됩니다. 특히, 점근적 계열의 나머지 부분은 알고리즘의 복잡도를 분석하는 데 매우 유용합니다. 이러한 방식으로 사용하면 시간 복잡도가 점근적이라고 합니다. 입력 값이 무한대에 접근합니다.

빅오(Big O)는 줄여서 (대략) "~의 순서"라는 뜻이라고 생각하시면 됩니다.

무한 점근

Big O 표기법은 알고리즘의 효율성을 분석할 때 매우 유용합니다. 예를 들어 크기가 n인 문제(또는 필요한 단계 수)를 해결하는 데 걸리는 시간은 T(n) = 4n^2 - 2n + 2로 계산할 수 있습니다. n이 증가함에 따라 n^2; 항이 지배하기 시작하고 다른 항은 무시될 수 있습니다. 예를 들어 n = 500일 때 4n^2 항은 2n 항보다 1000배 더 큽니다. 대부분의 경우 후자를 생략해도 표현식 값에 미치는 영향은 무시할 수 있습니다.

수학적 표현 리터러시 게시물 Python 알고리즘 표현 개념 리터러시 튜토리얼

1. 계산 방법

1. 알고리즘을 실행하는 데 걸리는 시간은 이론적으로 계산할 수 없습니다. 그러나 우리가 모든 알고리즘을 컴퓨터에서 테스트하는 것은 불가능하고 불필요합니다. 우리는 어떤 알고리즘이 더 많은 시간이 걸리고 어떤 알고리즘이 더 적은 시간이 걸리는지만 알면 됩니다. 그리고 알고리즘에 걸리는 시간은 알고리즘의 명령문 실행 횟수에 비례합니다. 더 많은 명령문이 실행되는 알고리즘은 더 많은 시간이 걸립니다.

알고리즘의 명령문 실행 횟수를 명령문 빈도 또는 시간 빈도라고 합니다. 이를 T(n)으로 표시합니다.

2. 일반적으로 알고리즘의 기본 연산이 반복되는 횟수는 모듈 n의 함수 f(n)입니다. 따라서 알고리즘의 시간 복잡도는 다음과 같이 기록됩니다. f(n) )). 모듈 n이 증가할수록 알고리즘 실행 시간의 증가율은 f(n)의 증가율에 비례하므로, f(n)이 작을수록 알고리즘의 시간 복잡도는 낮아지고 알고리즘의 효율성은 높아집니다. . 시간 복잡도를 계산할 때 먼저 알고리즘의 기본 동작을 알아낸 다음 해당 명령문을 기반으로 실행 시간을 결정한 다음 동일한 차수 T(n)을 찾습니다(동일한 크기 차수는 다음과 같습니다). : 1, Log2n, n, nLog2n, n의 제곱, n의 세제곱, n의 2제곱, n!), 알아낸 후, f(n) = 이 크기 차수, T(n)/f인 경우 (n)이 한계이고, A 상수 c를 얻을 수 있으며, 그런 다음 시간 복잡도 T(n)=O(f(n))을 얻을 수 있습니다.

3. 일반적인 시간 복잡도

는 크기가 증가하는 순서로 정렬됩니다.
상수 순서 O(1), 로그 순서 O(log2n), 선형 순서 O(n), 선형 쌍 차수는 O(nlog2n), 제곱 차수는 O(n^2), 3차 차수는 O(n^3),..., k차 차수는 O(n^k), 지수 차수는 다음과 같습니다. O(2^n).

그 중에서도

1.O(n), O(n^2), 3차 차수 O(n^3),..., k차 O(n^k)는 다항식 차수 시간 복잡도로, 각각 1차 시간 복잡도, 2차라고 합니다. -주문 시간 복잡도. . . .
2.O(2^n), 지수적 시간 복잡도, 이런 종류의 시간 복잡도는 실용적이지 않습니다
3. 로그 순서 O(log2n), 선형 로그 순서 O(nlog2n), 상수 순서를 제외하면 이런 종류의 효율성은 the maximum

예: 알고리즘:

 for（i=1;i<=n;++i）
 {
 for(j=1;j<=n;++j)
 {
 c[ i ][ j ]=0; //该步骤属于基本操作 执行次数：n^2
 for(k=1;k<=n;++k)
 c[ i ][ j ]+=a[ i ][ k ]*b[ k ][ j ]; //该步骤属于基本操作 执行次数：n^3
 }
 }

그러면 위 괄호 안의 동일한 차수에 따라 n^을 결정할 수 있습니다. 3은 T(n)의 크기와 같습니다
그러면 f(n) = n^3이 되고 T(n)/f(n)에 따라 극한을 찾아 상수 c를 얻습니다
그런 다음 시간 알고리즘의 복잡도: T(n)=O(n^3)

IV. 정의: 문제의 크기가 n인 경우 알고리즘이 이 문제를 해결하는 데 필요한 시간은 T(n)입니다. 이는 n의 함수입니다. T(n)은 이 알고리즘을 "시간 복잡도"라고 합니다.

입력량 n이 점차 증가하는 경우 시간 복잡도의 극한 사례를 알고리즘의 "점근적 시간 복잡도"라고 합니다.

우리는 시간 복잡도를 표현하기 위해 종종 Big O 표기법을 사용합니다. 이는 특정 알고리즘의 시간 복잡도입니다. Big O는 상한이 있음을 의미합니다. 정의에 따르면 f(n)=O(n)이면 f(n)=O(n^2)는 분명히 상한을 제공하지만 그렇지 않습니다. , 그러나 사람들은 일반적으로 표현할 때 전자를 표현하는 데 사용됩니다.

또한 문제 자체에도 복잡성이 있습니다. 특정 알고리즘의 복잡성이 문제의 복잡성의 하한에 도달하면 이러한 알고리즘을 최고의 알고리즘이라고 합니다.

"Big O 표기법": 이 설명에 사용된 기본 매개변수는 문제 인스턴스의 크기인 n이며, 복잡성 또는 실행 시간을 n의 함수로 표현합니다. 여기서 "O"는 순서를 나타냅니다. 예를 들어 "이진 검색은 O(logn)입니다." 이는 "logn 단계를 통해 크기 n의 배열을 검색해야 함"을 의미합니다. n이 증가하면 실행 시간은 최대 f(n)에 비례하는 비율로 증가합니다.

이 점근적 추정은 이론적 분석과 알고리즘의 대략적인 비교에 매우 유용하지만 세부 사항으로 인해 실제로 차이가 발생할 수도 있습니다. 예를 들어, 오버헤드가 낮은 O(n2) 알고리즘은 오버헤드가 높은 O(nlogn) 알고리즘보다 작은 n에 대해 더 빠르게 실행될 수 있습니다. 물론 n이 충분히 커지면 상승 함수가 느린 알고리즘은 더 빠르게 작동해야 합니다.

O(1)

Temp=i;i=j;j=온도;                                                                일정한 알고리즘의 시간 복잡도는 일정한 차수이며 T(n)=O(1)로 기록됩니다. 문제 크기 n이 커져도 알고리즘의 실행 시간이 늘어나지 않는다면, 알고리즘에 수천 개의 문장이 있더라도 실행 시간은 큰 상수에 불과할 것입니다. 이러한 유형의 알고리즘의 시간 복잡도는 O(1)입니다.

O(n^2)

2.1. i와 j의 내용을 교환합니다.

sum=0(한 번) for(i=1;i<=n;i++) (n ) 회) for(j=1;j<=n;j++) (n^2 회) sum++; (n^2 회) 해결책: T(n)=2n^2+n+1 =O(n ^ 2)

2.2.


for (i=1;i {

y=y+1; ①

for (j=0;j<=(2*n);j++) f(n)= 2n^2-n-1+(n-1)=2n^2-2
이 프로그램의 시간 복잡도는 T(n)=O(n^2)

O(n)입니다.


2.3.

a=0;
b=1; ①
for (i=1;i<=n;i++) ②
{
s=a+b;　　　　③
b=a;　　　　　④
a=s;　　　　　⑤
}
解：语句1的频度：2,
语句2的频度： n,
语句3的频度： n-1,
语句4的频度：n-1,
语句5的频度：n-1,
T(n)=2+n+3(n-1)=4n-1=O(n).
O(log2n )

2.4.

i=1; ①
while (i<=n)
i=i*2; ②
解： 语句1的频度是1,
设语句2的频度是f(n), 则：2^f(n)<=n;f(n)<=log2n
取最大值f(n)= log2n,
T(n)=O(log2n )

O(n^3)

2.5.

for(i=0;i {
for(j=0;j {
for(k=0;k x=x+2;
}
}
解：当i=m, j=k的时候,内层循环的次数为k当i=m时, j 可以取 0,1,...,m-1 , 所以这里最内循环共进行了0+1+...+m-1=(m-1)m/2次所以,i从0取到n, 则循环共进行了: 0+(1-1)*1/2+...+(n-1)n/2=n(n+1)(n-1)/6所以时间复杂度为O(n^3).

我们还应该区分算法的最坏情况的行为和期望行为。如快速排序的最 坏情况运行时间是 O(n^2)，但期望时间是 O(nlogn)。通过每次都仔细 地选择基准值，我们有可能把平方情况 (即O(n^2)情况)的概率减小到几乎等于 0。在实际中，精心实现的快速排序一般都能以 (O(nlogn)时间运行。

下面是一些常用的记法：

访问数组中的元素是常数时间操作，或说O(1)操作。一个算法如 果能在每个步骤去掉一半数据元素，如二分检索，通常它就取 O(logn)时间。用strcmp比较两个具有n个字符的串需要O(n)时间。常规的矩阵乘算法是O(n^3)，因为算出每个元素都需要将n对 元素相乘并加到一起，所有元素的个数是n^2。

指数时间算法通常来源于需要求出所有可能结果。例如，n个元 素的集合共有2n个子集,所以要求出所有子集的算法将是O(2n)的。指数算法一般说来是太复杂了，除非n的值非常小，因为，在 这个问题中增加一个元素就导致运行时间加倍。不幸的是，确实有许多问题 (如著名的“巡回售货员问题” )，到目前为止找到的算法都是指数的。如果我们真的遇到这种情况，通常应该用寻找近似最佳结果的算法替代之。

常用排序

冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。
它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。
这个算法的名字由来是因为越大的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端，故名。

data_set = [ 9,1,22,31,45,3,6,2,11 ]
 
loop_count = 0
for j in range(len(data_set)):
 for i in range(len(data_set) - j- 1): # -1 是因为每次比对的都 是i 与i +1,不减1的话,最后一次对比会超出list 获取范围,-j是因为,每一次大loop就代表排序好了一个最大值,放在了列表最后面,下次loop就不用再运算已经排序好了的值 了
 if data_set[i] > data_set[i+1]: #switch
 tmp = data_set[i]
 data_set[i] = data_set[i+1]
 data_set[i+1] = tmp
 loop_count +=1
 print(data_set)
print(data_set)
print("loop times", loop_count)

选择排序

The algorithm works by selecting the smallest unsorted item and then swapping it with the item in the next position to be filled.

The selection sort works as follows: you look through the entire array for the smallest element, once you find it you swap it (the smallest element) with the first element of the array. Then you look for the smallest element in the remaining array (an array without the first element) and swap it with the second element. Then you look for the smallest element in the remaining array (an array without first and second elements) and swap it with the third element, and so on. Here is an example,

data_set = [ 9,1,22,31,45,3,6,2,11 ]
 
smallest_num_index = 0 #初始列表最小值,默认为第一个
 
loop_count = 0
for j in range(len(data_set)):
 for i in range(j,len(data_set)):
 if data_set[i] < data_set[smallest_num_index]: #当前值 比之前选出来的最小值 还要小,那就把它换成最小值
 smallest_num_index = i
 loop_count +=1
 else:
 print("smallest num is ",data_set[smallest_num_index])
 tmp = data_set[smallest_num_index]
 data_set[smallest_num_index] = data_set[j]
 data_set[j] = tmp
 
 print(data_set)
 print("loop times", loop_count)

The worst-case runtime complexity is O(n2).　　

插入排序(Insertion Sort)

插入排序(Insertion Sort)的基本思想是：将列表分为2部分，左边为排序好的部分，右边为未排序的部分，循环整个列表，每次将一个待排序的记录，按其关键字大小插入到前面已经排好序的子序列中的适当位置，直到全部记录插入完成为止。

插入排序非常类似于整扑克牌。

在开始摸牌时，左手是空的，牌面朝下放在桌上。接着，一次从桌上摸起一张牌，并将它插入到左手一把牌中的正确位置上。为了找到这张牌的正确位置，要将它与手中已有的牌从右到左地进行比较。无论什么时候，左手中的牌都是排好序的。

也许你没有意识到，但其实你的思考过程是这样的：现在抓到一张7，把它和手里的牌从右到左依次比较，7比10小，应该再往左插，7比5大，好，就插这里。为什么比较了10和5就可以确定7的位置？为什么不用再比较左边的4和2呢？因为这里有一个重要的前提：手里的牌已经是排好序的。现在我插了7之后，手里的牌仍然是排好序的，下次再抓到的牌还可以用这个方法插入。编程对一个数组进行插入排序也是同样道理，但和插入扑克牌有一点不同，不可能在两个相邻的存储单元之间再插入一个单元，因此要将插入点之后的数据依次往后移动一个单元。

 source = [92, 77, 67, 8, 6, 84, 55, 85, 43, 67]
 
 
for index in range(1,len(source)):
 current_val = source[index] #先记下来每次大循环走到的第几个元素的值
 position = index
 
 while position > 0 and source[position-1] > current_val: #当前元素的左边的紧靠的元素比它大,要把左边的元素一个一个的往右移一位,给当前这个值插入到左边挪一个位置出来
 source[position] = source[position-1] #把左边的一个元素往右移一位
 position -= 1 #只一次左移只能把当前元素一个位置 ,还得继续左移只到此元素放到排序好的列表的适当位置 为止
 
 source[position] = current_val #已经找到了左边排序好的列表里不小于current_val的元素的位置,把current_val放在这里
 print(source)

结果：

[77, 92, 67, 8, 6, 84, 55, 85, 43, 67]
[67, 77, 92, 8, 6, 84, 55, 85, 43, 67]
[8, 67, 77, 92, 6, 84, 55, 85, 43, 67]
[6, 8, 67, 77, 92, 84, 55, 85, 43, 67]
[6, 8, 67, 77, 84, 92, 55, 85, 43, 67]
[6, 8, 55, 67, 77, 84, 92, 85, 43, 67]
[6, 8, 55, 67, 77, 84, 85, 92, 43, 67]
[6, 8, 43, 55, 67, 77, 84, 85, 92, 67]
[6, 8, 43, 55, 67, 67, 77, 84, 85, 92]

#更容易理解的版本

 data_set = [ 9,1,22,9,31,-5,45,3,6,2,11 ]
for i in range(len(data_set)):
 #position = i
 while i > 0 and data_set[i] < data_set[i-1]:# 右边小于左边相邻的值
 tmp = data_set[i]
 data_set[i] = data_set[i-1]
 data_set[i-1] = tmp
 i -= 1
 # position = i
 # while position > 0 and data_set[position] < data_set[position-1]:# 右边小于左边相邻的值
 # tmp = data_set[position]
 # data_set[position] = data_set[position-1]
 # data_set[position-1] = tmp
 # position -= 1

快速排序（quick sort）

设要排序的数组是A[0]……A[N-1]，首先任意选取一个数据（通常选用数组的第一个数）作为关键数据，然后将所有比它小的数都放到它前面，所有比它大的数都放到它后面，这个过程称为一趟快速排序。值得注意的是，快速排序不是一种稳定的排序算法，也就是说，多个相同的值的相对位置也许会在算法结束时产生变动　　

注：在待排序的文件中，若存在多个关键字相同的记录，经过排序后这些具有相同关键字的记录之间的相对次序保持不变，该排序方法是稳定的；若具有相同关键字的记录之间的相对次序发生改变，则称这种排序方法是不稳定的。
要注意的是，排序算法的稳定性是针对所有输入实例而言的。即在所有可能的输入实例中，只要有一个实例使得算法不满足稳定性要求，则该排序算法就是不稳定的。

排序演示

示例

假设用户输入了如下数组：

创建变量i=0（指向第一个数据）, j=5(指向最后一个数据), k=6(赋值为第一个数据的值)。
我们要把所有比k小的数移动到k的左面，所以我们可以开始寻找比6小的数，从j开始，从右往左找，不断递减变量j的值，我们找到第一个下标3的数据比6小，于是把数据3移到下标0的位置，把下标0的数据6移到下标3，完成第一次比较：

i=0 j=3 k=6
接着，开始第二次比较，这次要变成找比k大的了，而且要从前往后找了。递加变量i，发现下标2的数据是第一个比k大的，于是用下标2的数据7和j指向的下标3的数据的6做交换，数据状态变成下表：

i=2 j=3 k=6
称上面两次比较为一个循环。
接着，再递减变量j，不断重复进行上面的循环比较。
在本例中，我们进行一次循环，就发现i和j“碰头”了：他们都指向了下标2。于是，第一遍比较结束。得到结果如下，凡是k(=6)左边的数都比它小，凡是k右边的数都比它大：

如果i和j没有碰头的话，就递加i找大的，还没有，就再递减j找小的，如此反复，不断循环。注意判断和寻找是同时进行的。
然后，对k两边的数据，再分组分别进行上述的过程，直到不能再分组为止。
注意：第一遍快速排序不会直接得到最终结果，只会把比k大和比k小的数分到k的两边。为了得到最后结果，需要再次对下标2两边的数组分别执行此步骤，然后再分解数组，直到数组不能再分解为止（只有一个数据），才能得到正确结果。

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li'
 
 
def quick_sort(array,left,right):
 '''
 
 :param array:
 :param left: 列表的第一个索引
 :param right: 列表最后一个元素的索引
 :return:
 '''
 if left >=right:
 return
 low = left
 high = right
 key = array[low] #第一个值
 
 while low < high:#只要左右未遇见
 while low < high and array[high] > key: #找到列表右边比key大的值 为止
 high -= 1
 #此时直接 把key(array[low]) 跟 比它大的array[high]进行交换
 array[low] = array[high]
 array[high] = key
 
 
 while low < high and array[low] <= key : #找到key左边比key大的值，这里为何是<=而不是<呢？你要思考。。。
 low += 1
 #array[low] =
 #找到了左边比k大的值 ,把array[high](此时应该刚存成了key) 跟这个比key大的array[low]进行调换
 array[high] = array[low]
 array[low] = key
 
 quick_sort(array,left,low-1) #最后用同样的方式对分出来的左边的小组进行同上的做法
 quick_sort(array,low+1, right)#用同样的方式对分出来的右边的小组进行同上的做法
 
 
 
if __name__ == &#39;__main__&#39;:
 
 array = [96,14,10,9,6,99,16,5,1,3,2,4,1,13,26,18,2,45,34,23,1,7,3,22,19,2]
 #array = [8,4,1, 14, 6, 2, 3, 9,5, 13, 7,1, 8,10, 12]
 print("before sort:", array)
 quick_sort(array,0,len(array)-1)
 
 print("-------final -------")
 print(array)

二叉树

树的特征和定义

树是一种重要的非线性数据结构，直观地看，它是数据元素（在树中称为结点）按分支关系组织起来的结构，很象自然界中的树那样。树结构在客观世界中广泛存在，如人类社会的族谱和各种社会组织机构都可用树形象表示。树在计算机领域中也得到广泛应用，如在编译源程序时，可用树表示源程序的语法结构。又如在数据库系统中，树型结构也是信息的重要组织形式之一。一切具有层次关系的问题都可用树来描述。

树(Tree)是元素的集合。我们先以比较直观的方式介绍树。下面的数据结构是一个树：

树有多个节点(node)，用以储存元素。某些节点之间存在一定的关系，用连线表示，连线称为边(edge)。边的上端节点称为父节点，下端称为子节点。树像是一个不断分叉的树根。

每个节点可以有多个子节点(children)，而该节点是相应子节点的父节点(parent)。比如说，3,5是6的子节点，6是3,5的父节点；1,8,7是3的子节点, 3是1,8,7的父节点。树有一个没有父节点的节点，称为根节点(root)，如图中的6。没有子节点的节点称为叶节点(leaf)，比如图中的1,8,9,5节点。从图中还可以看到，上面的树总共有4个层次，6位于第一层，9位于第四层。树中节点的最大层次被称为深度。也就是说，该树的深度(depth)为4。

如果我们从节点3开始向下看，而忽略其它部分。那么我们看到的是一个以节点3为根节点的树：

三角形代表一棵树

再进一步，如果我们定义孤立的一个节点也是一棵树的话，原来的树就可以表示为根节点和子树(subtree)的关系:

上述观察实际上给了我们一种严格的定义树的方法：

1. 树是元素的集合。

2. 该集合可以为空。这时树中没有元素，我们称树为空树 (empty tree)。

3. 如果该集合不为空，那么该集合有一个根节点，以及0个或者多个子树。根节点与它的子树的根节点用一个边(edge)相连。

上面的第三点是以递归的方式来定义树，也就是在定义树的过程中使用了树自身(子树)。由于树的递归特征，许多树相关的操作也可以方便的使用递归实现。我们将在后面看到。

树的实现

트리의 개략도는 이미 트리의 메모리 구현을 보여줍니다. 각 노드는 요소와 하위 노드에 대한 여러 포인터를 저장합니다. 그러나 하위 노드의 수는 정의되지 않습니다. 하나의 부모 노드에는 많은 수의 자식 노드가 있을 수 있지만 다른 부모 노드에는 하나의 자식 노드만 있을 수 있으며, 트리에서 노드를 추가하거나 삭제하면 자식 노드의 수가 더욱 변경됩니다. 이러한 불확실성으로 인해 메모리 관련 작업이 많이 발생하고 쉽게 메모리 낭비가 발생할 수 있습니다.

클래식 구현은 다음과 같습니다.

트리의 메모리 구현

동일한 상위 노드를 가진 두 노드는 서로의 형제 노드입니다. 위 그림의 구현에서 각 노드에는 첫 번째 자식 노드를 가리키는 포인터와 다음 형제 노드를 가리키는 또 다른 포인터가 포함되어 있습니다. 이러한 방식으로 각 노드를 통일되고 결정적인 구조로 표현할 수 있습니다.

컴퓨터의 파일 시스템은 리눅스 파일 관리의 배경 지식에서 소개된 것과 같은 트리 구조입니다. UNIX 파일 시스템에서는 각 파일(폴더도 파일 유형임)을 노드로 간주할 수 있습니다. 폴더가 아닌 파일은 리프 노드에 저장됩니다. 폴더에는 상위 및 하위 노드에 대한 포인터가 있습니다(UNIX의 경우 폴더에는 위에서 본 트리와 다른 자체에 대한 포인터도 포함되어 있습니다). git에는 전체 파일 시스템의 버전 ​​변경을 표현하기 위한 유사한 트리 구조가 있습니다(삼국지 버전 관리 참고).

이진 트리: 　

이진 트리는 n(n≥0) 노드의 유한 집합으로 구성된 순서 트리이며 각 노드에는 최대 2개의 하위 트리가 있습니다. 이는 빈 집합이거나 루트와 왼쪽 및 오른쪽 하위 트리라고 하는 두 개의 분리된 이진 트리로 구성됩니다.

특징:

(1) 이진 트리는 하위 트리가 하나만 있어도 왼쪽과 오른쪽 하위 트리를 구별해야 합니다.

(2) 이진 트리의 각 노드의 차수는 구분할 수 없습니다. 2보다 크고 0, 1 또는 2일 수 있습니다.

(3) 이진 트리에는 5가지 형태의 모든 노드가 있습니다: 빈 노드, 왼쪽 및 오른쪽 하위 트리가 없는 노드, 왼쪽 하위 트리만 있는 노드, 오른쪽만 있는 노드 하위 트리 노드와 왼쪽 및 오른쪽 하위 트리가 있는 노드입니다.

바이너리 트리(바이너리)는 특별한 종류의 트리입니다. 이진 트리의 각 노드는 최대 2개의 하위 노드만 가질 수 있습니다.

이진 트리

이진 트리의 하위 노드 수가 결정되므로 다음과 같은 방법을 사용하여 메모리에 직접 구현할 수 있습니다. 위 그림. 각 노드에는 왼쪽 자식 노드(왼쪽 자식)와 오른쪽 자식 노드(오른쪽 자식)가 있습니다. 왼쪽 자식 노드는 왼쪽 하위 트리의 루트 노드이고, 오른쪽 자식 노드는 오른쪽 하위 트리의 루트 노드입니다.

이진 트리에 조건을 추가하면 이진 검색 트리라는 특별한 이진 트리를 얻을 수 있습니다. 이진 검색 트리 요구 사항: 각 노드는 왼쪽 하위 트리의 요소보다 작지 않으며 오른쪽 하위 트리의 요소보다 크지도 않습니다.

(트리에 중복된 요소가 없다고 가정하면 위 요구 사항은 다음과 같이 작성할 수 있습니다. 각 노드는 왼쪽 하위 트리의 노드보다 크고 오른쪽 하위 트리의 노드보다 작습니다.)

II 포크 검색 트리, 트리에 있는 요소의 크기에 주의하세요

이진 검색 트리는 검색 알고리즘을 쉽게 구현할 수 있습니다. 요소 Tree

3을 검색할 때 x가 루트 노드보다 크면 올바른 하위 트리

이진 검색 트리를 검색하는 데 필요한 작업 수는 기껏해야 트리의 깊이와 같습니다. n개의 노드가 있는 이진 검색 트리의 깊이는 최대 n이고 최소 log(n)입니다.

이진 트리 순회

트리의 모든 노드를 순회하고 한 번만 방문합니다. 루트 노드의 위치에 따라 선순 순회, 중순 순회, 후순 순회로 구분됩니다. 사전 순회: 루트 노드->왼쪽 하위 트리->오른쪽 하위 트리

순차 순회: 왼쪽 하위 트리->루트 노드->오른쪽 하위 트리

후위 순회: 왼쪽 하위 트리-> 오른쪽 하위 트리->루트 노드

예: 다음 트리의 세 순회를 찾습니다

선순서 순회: abdefgc

순서 순회: debgfac

후순 순회: edgfbca

유형 이진 트리

(1)完全二叉树——若设二叉树的高度为h，除第 h 层外，其它各层 (1～h-1) 的结点数都达到最大个数，第h层有叶子结点，并且叶子结点都是从左到右依次排布，这就是完全二叉树。

(2)满二叉树——除了叶结点外每一个结点都有左右子叶且叶子结点都处在最底层的二叉树。

(3)平衡二叉树——平衡二叉树又被称为AVL树（区别于AVL算法），它是一棵二叉排序树，且具有以下性质：它是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1，并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树

如何判断一棵树是完全二叉树？按照定义

教材上的说法：一个深度为k，节点个数为 2^k - 1 的二叉树为满二叉树。这个概念很好理解，就是一棵树，深度为k，并且没有空位。

首先对满二叉树按照广度优先遍历（从左到右）的顺序进行编号。

一颗深度为k二叉树，有n个节点，然后，也对这棵树进行编号，如果所有的编号都和满二叉树对应，那么这棵树是完全二叉树。

如何判断平衡二叉树？

（b）左边的图 左子数的高度为3，右子树的高度为1，相差超过1

（b）右边的图 -2的左子树高度为0 右子树的高度为2，相差超过1

二叉树遍历实现

class TreeNode(object):
 def __init__(self,data=0,left=0,right=0):
 self.data = data
 self.left = left
 self.right = right
 
class BTree(object):
 def __init__(self,root=0):
 self.root = root
 
 
 def preOrder(self,treenode):
 if treenode is 0:
 return
 print(treenode.data)
 self.preOrder(treenode.left)
 self.preOrder(treenode.right)
 def inOrder(self,treenode):
 if treenode is 0:
 return
 self.inOrder(treenode.left)
 print(treenode.data)
 self.inOrder(treenode.right)
 
 def postOrder(self,treenode):
 if treenode is 0:
 return
 self.postOrder(treenode.left)
 self.postOrder(treenode.right)
 print(treenode.data)
if __name__ == '__main__':
 n1 = TreeNode(data=1)
 n2 = TreeNode(2,n1,0)
 n3 = TreeNode(3)
 n4 = TreeNode(4)
 n5 = TreeNode(5,n3,n4)
 n6 = TreeNode(6,n2,n5)
 n7 = TreeNode(7,n6,0)
 n8 = TreeNode(8)
 root = TreeNode('root',n7,n8)
 
 bt = BTree(root)
 print("preOrder".center(50,'-'))
 print(bt.preOrder(bt.root))
 
 print("inOrder".center(50,'-'))
 print (bt.inOrder(bt.root))
 
 print("postOrder".center(50,'-'))
 print (bt.postOrder(bt.root))

堆排序

堆排序，顾名思义，就是基于堆。因此先来介绍一下堆的概念。
堆分为最大堆和最小堆，其实就是完全二叉树。最大堆要求节点的元素都要大于其孩子，最小堆要求节点元素都小于其左右孩子，两者对左右孩子的大小关系不做任何要求，其实很好理解。有了上面的定义，我们可以得知，处于最大堆的根节点的元素一定是这个堆中的最大值。其实我们的堆排序算法就是抓住了堆的这一特点，每次都取堆顶的元素，将其放在序列最后面，然后将剩余的元素重新调整为最大堆，依次类推，最终得到排序的序列。

堆排序就是把堆顶的最大数取出,

将剩余的堆继续调整为最大堆,具体过程在第二块有介绍,以递归实现

剩余部分调整为最大堆后,再次将堆顶的最大数取出,再将剩余部分调整为最大堆,这个过程持续到剩余数只有一个时结束

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li'
import time,random
def sift_down(arr, node, end):
 root = node
 #print(root,2*root+1,end)
 while True:
 # 从root开始对最大堆调整
 
 child = 2 * root +1 #left child
 if child > end:
 #print('break',)
 break
 print("v:",root,arr[root],child,arr[child])
 print(arr)
 # 找出两个child中交大的一个
 if child + 1 <= end and arr[child] < arr[child + 1]: #如果左边小于右边
 child += 1 #设置右边为大
 
 if arr[root] < arr[child]:
 # 最大堆小于较大的child, 交换顺序
 tmp = arr[root]
 arr[root] = arr[child]
 arr[child]= tmp
 
 # 正在调整的节点设置为root
 #print("less1:", arr[root],arr[child],root,child)
 
 root = child #
 #[3, 4, 7, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 21, 22, 29]
 #print("less2:", arr[root],arr[child],root,child)
 else:
 # 无需调整的时候, 退出
 break
 #print(arr)
 print(&#39;-------------&#39;)
 
def heap_sort(arr):
 # 从最后一个有子节点的孩子还是调整最大堆
 first = len(arr) // 2 -1
 for i in range(first, -1, -1):
 sift_down(arr, i, len(arr) - 1)
 #[29, 22, 16, 9, 15, 21, 3, 13, 8, 7, 4, 11]
 print(&#39;--------end---&#39;,arr)
 # 将最大的放到堆的最后一个, 堆-1, 继续调整排序
 for end in range(len(arr) -1, 0, -1):
 arr[0], arr[end] = arr[end], arr[0]
 sift_down(arr, 0, end - 1)
 #print(arr)
def main():
 # [7, 95, 73, 65, 60, 77, 28, 62, 43]
 # [3, 1, 4, 9, 6, 7, 5, 8, 2, 10]
 #l = [3, 1, 4, 9, 6, 7, 5, 8, 2, 10]
 #l = [16,9,21,13,4,11,3,22,8,7,15,27,0]
 array = [16,9,21,13,4,11,3,22,8,7,15,29]
 #array = []
 #for i in range(2,5000):
 # #print(i)
 # array.append(random.randrange(1,i))
 
 print(array)
 start_t = time.time()
 heap_sort(array)
 end_t = time.time()
 print("cost:",end_t -start_t)
 print(array)
 #print(l)
 #heap_sort(l)
 #print(l)
 
 
if __name__ == "__main__":
 main()

人类能理解的版本

dataset = [16,9,21,3,13,14,23,6,4,11,3,15,99,8,22]

for i in range(len(dataset)-1,0,-1):
 print("-------",dataset[0:i+1],len(dataset),i)
 #for index in range(int(len(dataset)/2),0,-1):
 for index in range(int((i+1)/2),0,-1):
 print(index)
 p_index = index

 l_child_index = p_index *2 - 1
 r_child_index = p_index *2
 print("l index",l_child_index,'r index',r_child_index)
 p_node = dataset[p_index-1]
 left_child = dataset[l_child_index]

 if p_node < left_child: # switch p_node with left child
 dataset[p_index - 1], dataset[l_child_index] = left_child, p_node
 # redefine p_node after the switch ,need call this val below
 p_node = dataset[p_index - 1]

 if r_child_index < len(dataset[0:i+1]): #avoid right out of list index range
 #if r_child_index < len(dataset[0:i]): #avoid right out of list index range
 #print(left_child)
 right_child = dataset[r_child_index]
 print(p_index,p_node,left_child,right_child)

 # if p_node < left_child: #switch p_node with left child
 # dataset[p_index - 1] , dataset[l_child_index] = left_child,p_node
 # # redefine p_node after the switch ,need call this val below
 # p_node = dataset[p_index - 1]
 #
 if p_node < right_child: #swith p_node with right child
 dataset[p_index - 1] , dataset[r_child_index] = right_child,p_node
 # redefine p_node after the switch ,need call this val below
 p_node = dataset[p_index - 1]

 else:
 print("p node [%s] has no right child" % p_node)


 #最后这个列表的第一值就是最大堆的值，把这个最大值放到列表最后一个， 把神剩余的列表再调整为最大堆

 print("switch i index", i, dataset[0], dataset[i] )
 print("before switch",dataset[0:i+1])
 dataset[0],dataset[i] = dataset[i],dataset[0]
 print(dataset)

希尔排序（shell sort）

希尔排序(Shell Sort)是插入排序的一种。也称缩小增量排序，是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本,该方法的基本思想是：先将整个待排元素序列分割成若干个子序列（由相隔某个“增量”的元素组成的）分别进行直接插入排序，然后依次缩减增量再进行排序，待整个序列中的元素基本有序（增量足够小）时，再对全体元素进行一次直接插入排序。因为直接插入排序在元素基本有序的情况下（接近最好情况），效率是很高的，因此希尔排序在时间效率比直接插入排序有较大提高

首先要明确一下增量的取法：

第一次增量的取法为： d=count/2;

第二次增量的取法为: d=(count/2)/2;

最后一直到: d=1;

看上图观测的现象为：

d=3时：将40跟50比，因50大，不交换。

将20跟30比，因30大，不交换。

将80跟60比，因60小，交换。

d=2时：将40跟60比，不交换，拿60跟30比交换，此时交换后的30又比前面的40小，又要将40和30交换，如上图。

将20跟50比，不交换，继续将50跟80比，不交换。

d=1时：这时就是前面讲的插入排序了，不过此时的序列已经差不多有序了，所以给插入排序带来了很大的性能提高。

希尔排序代码

import time,random

#source = [8, 6, 4, 9, 7, 3, 2, -4, 0, -100, 99]
#source = [92, 77, 8,67, 6, 84, 55, 85, 43, 67]

source = [ random.randrange(10000+i) for i in range(10000)]
#print(source)



step = int(len(source)/2) #分组步长

t_start = time.time()


while step >0:
 print("---step ---", step)
 #对分组数据进行插入排序

 for index in range(0,len(source)):
 if index + step < len(source):
 current_val = source[index] #先记下来每次大循环走到的第几个元素的值
 if current_val > source[index+step]: #switch
 source[index], source[index+step] = source[index+step], source[index]

 step = int(step/2)
else: #把基本排序好的数据再进行一次插入排序就好了
 for index in range(1, len(source)):
 current_val = source[index] # 先记下来每次大循环走到的第几个元素的值
 position = index

 while position > 0 and source[
  position - 1] > current_val: # 当前元素的左边的紧靠的元素比它大,要把左边的元素一个一个的往右移一位,给当前这个值插入到左边挪一个位置出来
 source[position] = source[position - 1] # 把左边的一个元素往右移一位
 position -= 1 # 只一次左移只能把当前元素一个位置 ,还得继续左移只到此元素放到排序好的列表的适当位置 为止

 source[position] = current_val # 已经找到了左边排序好的列表里不小于current_val的元素的位置,把current_val放在这里
 print(source)

t_end = time.time() - t_start

print("cost:",t_end)

위 내용은 Python에서 기본적이고 일반적으로 사용되는 알고리즘의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!