数据结构-第一期——数组（Python）

目录

00、前言：

01、一维数组 

一维数组的定义和初始化

一维变长数组 

一维正向遍历 

 一维反向遍历

一维数组的区间操作 

 竞赛小技巧：不用从a[0]开始，从a[1]开始

蓝桥杯真题练习1

读入一维数组 

例题一 

例题二​

例题三 

实战训练

实战一 ：区间修改、区间求和

实战二 ：异或选数

实战三：修改数组

02、多维数组 

二维数组的初始化

二维数组访问 

三维数组的初始化

三维数组访问 

蓝桥杯真题练习2

读取二维数组   

【输入字符串】 

【输入数字】 

例题一：外卖店优先级 

例题二：迷宫

实战训练

实战一：统计子矩阵

实战二：矩阵相乘 

实战三 ：回行取数

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00、前言：

什么是数据结构?

每道编程题都有输入数据和输出数据，输入数据是代码处理的对象，输出数据是代码运行的结果。代码在执行过程中需要用一定的方式来存储、处理数据，就是数据结构。

数据结构包含什么？

线性表(数组、链表)、栈和队列、串、多维数组和广义表、哈希、树和二叉树、图、排序等。

基础数据结构：

数组、链表、队列、栈、二叉树。

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01、一维数组 

• 把数据连续存储在空间中。
• 虽然简单，但是在竞赛中至关重要，因为其他数据结构都可以用数组来模拟，即“物理存储上是数组，逻辑上是其他数据结构”。
• 用数组模拟其他数据结构，不是工程项目的正规做法，但是非常适合算法竞赛，因为这样编码快、不易出错。 
• 某些难题，可以用数组处理数据求得部分分数（暴力法）

一维数组的定义和初始化

a=['']*10    # 定义空数组
b=[0]*10     # 初始化数组
print(a)
print(b)
# ['', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
# [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

# 也可以利用列表生成式来初始化
c = [0 for i in range( 10)]
d = [i for i in range(1,10)]
print(c)
print(d)
# [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

PS:列表生成式：[i for i in range(1,10)] 

一维变长数组 

a= []
for i in range(1,10):
    a.append( i )
print(a)
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

一维正向遍历 

s= [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
for i in s:
    print(i,end=" ")  # # 用空格分隔，同行输出
# 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

s= [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
for i in range(len(s)):
    print(s[i],end=" ")
# 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

s = ['1','2','3','4']*2
for i in s:
    print(int(i),end=" ")
# 1 2 3 4 1 2 3 4

 一维反向遍历

s = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
for i in range(len(s)-1,-1,-1):# 中间的-1表示遍历到最后一个元素，即第一个元素(根据遍历方向决定，不是由数组本身决定)  
    print(s[i], end=" ")
# 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

# 比上面的方法更简洁
s = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
for i in s[::-1]: 
    print(i, end=" ")
# 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

一维数组的区间操作 

s = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
print(min(s)) # 等价于min(s[:])              0
print(max(s[2:5])) # 左闭右开区间：[2,5)      4
print(sum(s[2:]))  #                        27  
print(sum(s[2:-1])) # -1是到倒数第二个，因为是左闭右开区间：[2,7)  20

 竞赛小技巧：不用从a[0]开始，从a[1]开始

 有时候输入是，那不从a[0]开始，从a[1]开始可以和题目下标匹配，在复杂的程序题中不容易出错。具体用法后面例题会有所体现。

# 从a[1]开始
a = [0]+list(map(int,input().split())) # 输入：1 2 3
print(a)
# [0,1,2,3]

PS: map(int,input().split())可输入多个用空格分隔的元素，并转换为int类型

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蓝桥杯真题练习1

读入一维数组 

知识点：需要读取一维数组的题目的输入描述一般是：输入第一行是一个的总数n，代表数组a的元素个数。①第二行包含n个整数a1,a2,...., an。②接下来n行每行读入一个元素。下面介绍两种情况的输入方法。 

 情况①：第二行包含n个整数a1,a2,...., an。例如下面例题一、二

# 读入数字
# 法一：
n = map(int,input().split())
a= list(map(int,input().split()))        # 从a[0]开始
# a= [0]+list(map(int,input().split()))  # 从a[1]开始

# 法二：
n = int(input())
a = [int(i) for i in input().split()]     # 从a[0]开始
# a= [0]+[int(i) for i in input().split()]# 从a[1]开始   

情况②：接下来n行每行读入一个元素。 例如下面例题三

n = int(input())
num = []
for i in range(n):
    num.append(int(input()))

例题一 

n,s = map(int,input().split())
a= list(map(int,input().split()))    # 存到列表里

# 打印，查看输出情况
for i in range(n):
    print(a[i],end=" ")

注意：做题的过程中要多打印变量，可以保证出错了可以及时发现。 

例题二

n = int(input())
a = [int(i) for i in input().split()] # 从a[0]开始读

题目输入是，那就不从a[0]开始，从a[1]开始，可以和题目下标匹配 。

n = int(input())
a = [0]+[int(i) for i in input().split()]  # #从a[1]开始读。a[0]不用

例题三 

不在同一行读取数据：先创建一个空数组，用for循环+append()添加到数组里。

n = int(input())
num = []
for i in range(n):
    num.append(int(input()))

实战训练

实战一 ：区间修改、区间求和

【题目描述】

给定一个长度为 N 的数组 a，其初值分别为 a1​,a2​,...,aN​。

现有 Q 个操作，操作有以下两种：

• 1 l r k，将区间 al​,al+1​,...ar​ 的值加上 k。
• 2 l r，求区间 al​,al+1​,...,ar​ 的和为多少。

【输入描述】

输入第 1 行包含两个正整数 N,Q，分别表示数组 a 的长度和操作的个数。

第 2 行包含 N 个非负整数 a1​,a2​,...,aN​，表示数组 a 元素的初值。

第 3∼Q−2 行每行表示一共操作，格式为以下两种之一：

• 1 l r x
• 2 l r

其含义如题所述。

【输出描述】

输出共 Q 行，每行包含一个整数，表示相应查询的答案。

【输入输出样例】

输入

5 5
1 2 3 4 5
2 1 2
1 2 3 1
2 1 3
1 1 5 1
2 1 5

输出

3
8
22

【问题解析】

区间修改和区间求和题目一般使用线段树求解，本文仅用暴力法求解，遍历m次操作，每次对n个数进行操作。 

n,m = map( int, input( ).split( ))          # 数组长度，操作个数
a = [0] + list(map(int, input( ).split( ))) # 数组元素
for i in range(m):
    w = list(map( int, input( ).split( )))  # 操作：序号 区间下限 区间上限 (要加上的值)
    if len(w) == 3: # # 区间询问:[L,R]的区间和
        q,L, R = w
        print(sum(a[L:R+1]))
    else: # # 区间修改:把[L,R]的每个元素加上d
        q,L, R, d = w
        for i in range(L,R+1):
            a[i]+=d

暴力法的计算量:O(m*n),循环m次，每次对n个数进行操作。只能通过30%的测试。

暴力法只能通过30%的测试， 100%的测试:1≤n,m≤ ，要通过100%的测试的解法见“线段树”：。 

实战二 ：异或选数

2022年第十三届省赛
【问题描述】给定一个长度为 n 的数列A1，A2，... , An和一个非负整数x，给定m次查询，每次询问能否从某个区间[l，r]中选择两个数使得他们的异或等于x。
【输入格式】输入的第一行包含三个整数n, m, x。第二行包含n个整数A1，A2，... , An。接下来m行，每行包含两个整数li, ri表示询问区间[li, ri] 。
【输出格式】对于每个询问，如果该区间内存在两个数的异或为x则输出yes，否则输出no。
【评测用例规模与约定】对于20%的评测用例，1≤n, m ≤100;对于40%的评测用例，1 ≤n,m≤1000;对于所有评测用例，1 ≤ n, m ≤100000，0 ≤x ＜220，1 ≤ li ≤ri ≤n，0 ≤ Ai<220。

【知识补充】

^（异或运算符）：对应二进制位相等为0,不等为1.

a = 22
b = 10
c = a^b
print(c)        # 26
print(bin(c))   # 0b11100
print(bin(a))   # 0b10110
print(bin(b))   # 0b01010

图解异或

【问题解析】

暴力法：对每个区间的左右端点进行遍历，每次遍历判断区间内的任意两个数是否存在异或为x，是的话输出“yes”，否则输出“no”。

# 暴力法获取20%测试分
n, m, x = map(int, input ().split ())
a=[0]+list (map(int, input (). split ())) #从a[1]开始
for i in range (m) :
    flag = 0                           # 初始化flag=0，表示不存在异或为x
    L,R = map(int,input().split ())    # 读取区间
    # 遍历区间
    for j in range (L,R):              # 遍历左端点
        for k in range(j+1, R+1):      # 遍历右端点
            if a[j]^a[k] == x:         # 存在异或为x
                flag = 1
    if flag == 1: # 存在异或为x
        print('yes')
    else:         # 不存在异或为x
        print ('no')

对每个区间查询，验算区间内的任意两个数，复杂度0()，共m个查询，总复杂度0()， 比赛限制最多只能循环次，20%的测试循环次，40%的测试循环次，所以只能通过20%的测试。 

【正解】通过100%的测试解法应使用“线段树” 解法。  

实战三：修改数组

题目描述

给定一个长度为 N 的数组 A=[A1​,A2​,⋅⋅⋅,AN​]，数组中有可能有重复出现的整数。

现在小明要按以下方法将其修改为没有重复整数的数组。小明会依次修改A2​,A3​,⋅⋅⋅,AN​。

当修改 Ai​ 时，小明会检查Ai​ 是否在 中出现过。如果出现过，则小明会给 Ai​ 加上 1 ；如果新的 Ai​ 仍在之前出现过，小明会持续给 Ai​ 加 1 ，直 到 Ai​ 没有在中出现过。 

当 AN​ 也经过上述修改之后，显然 A 数组中就没有重复的整数了。

现在给定初始的 A 数组，请你计算出最终的 A 数组。

输入描述

第一行包含一个整数 N。

第二行包含 N 个整数 A1​,A2​,⋅⋅⋅,AN​。

其中，。

输出描述

输出 N 个整数，依次是最终的 A1​,A2​,⋅⋅⋅,AN​。

输入输出样例

输入

5
2 1 1 3 4

输出

2 1 3 4 5

【问题解析】 

 暴力法
每遍历一个新的数，就检查前面是否出现过，每一次需要检查前面所有的数共有n个数，每个数检查0(n)次，所以总复杂度是0()的，超时。

n = int(input( ))
A = [int(i) for i in input().split()] # 读入A1​,A2​,⋅⋅⋅,AN​存到列表里
for i in range(1,n):
    while A[i] in A[0:i]: # 检查之前有没有出现过，直到没有出现才退出
        A[i] += 1         # 出现过就+1
for i in A:
    print(i,end =" ")

【正解】通过100%的测试解法应使用“并查集 ” 解法。

点击链接查看该题的并查集解法：数据结构-第七期——并查集的应用（Python）

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02、多维数组 

二维数组的初始化

# 两个for循环初始化
p = [[0 for i in range(5)]for j in range(2)]

# 一个for循环初始化（推荐）
p = [[0]*5 for i in range(2)]
# [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]

二维数组访问 

s=[[1,2,3],[4,5,6]]
# 遍历子数组元素
for i in range(2):     # 子数组
    for j in range(3): # 子数组元素
        print(s[i][j],end=" ")
# 1 2 3 4 5 6

三维数组的初始化

p = [[[0 for _ in range(3)]for __ in range(4)]for ___ in range(2)]
p = [[[0]*3 for __ in range(4)]for ___ in range(2)]
print(p)
# [[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]], [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]]

# 三维列表（维度：2,3,4）存放0-23
n,m,k = 2,3,4
p = [[[i+k*j+k*m*l for i in range(k)]for j in range(m)]for l in range(n)]
print(p)
# [[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7], [8, 9, 10, 11]], [[12, 13, 14, 15], [16, 17, 18, 19], [20, 21, 22, 23]]]

三维数组访问 

a = [[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7], [8, 9, 10, 11]], [[12, 13, 14, 15], [16, 17, 18, 19], [20, 21, 22, 23]]]
for i in range(2):
    for j in range(3):
        for k in range(4):
            print(a[i][j][k],end=" ")
# 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

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蓝桥杯真题练习2

读取二维数组   

知识点：需要读取二维数组的题目的输入描述一般是：输入第一行是两个的正整数m, n，表示矩阵的行和列。接下来m行每行n个数/字符串（，用空格隔开），表示这个矩阵。下面介绍输入字符串和输入数字的方法。

【输入字符串】 

•  如果输入需要用空格隔开，代码需要加多一个split()。（情况少见）

m,n = map(int,input().split())
a = []
for  i in range(m):
    a.append(list(input().split()))

• 如果输入不需要用空格隔开 ，例如下面的例题二。

m,n = map(int,input().split())
a = []
for  i in range(m):
    a.append(list(input()))
# 虽然输入没有隔开，但list会将输入的字符串拆成单字符存到列表

 【输入数字】 

 一般都是要用空格隔开的，并且要转换成整数类型。例如下面的例题一。

n, m= map( int, input( ).split( ))
a=[]
for i in range(m):
    a.append([int(i) for i in input( ).split( )])

例题一：外卖店优先级 

2019年第十届蓝桥省赛

仅要求读取数据即可

【输入描述】

第一行包含 3 个整数 N,M,T。

以下 M 行每行包含两个整数 ts,id，表示 ts 时刻编号 id 的外卖店收到一个订单。

其中，。

【输入样例】

2 6 6
1 1
5 2
3 1
6 2
2 1
6 2

【代码展示】  

n, m, T = map( int, input( ).split( ))
a=[]
priorty = []
for i in range(m):
    a.append([int(i) for i in input( ).split( )])

PS:读入一行并拆开，存放到数组：a.append([int(i) for i in input( ).split( )])

例题二：迷宫

2017年第八届蓝桥杯省赛，填空题，1anqiao0J题号641 

仅要求读取数据即可

【问题描述】
给出一个迷宫，问迷宫内的人有多少能走出来。迷宫如右图所示:每个位置上有一个人，共100人。每个位置有指示牌，L表示向左走,R表示向右走，U表示向上走，D表示向下走。开始的时候，直升机把 100 名玩家放入一个个小房间内。玩家一定要按照地上的字母移动。

请你计算一下，最后，有多少玩家会走出迷宫，而不是在里边兜圈子？

【输入描述】

输入10行，每行10个字母（U、D、L、R）

【输入样例】

UDDLUULRUL
UURLLLRRRU
RRUURLDLRD
RUDDDDUUUU
URUDLLRRUU
DURLRLDLRL
ULLURLLRDU
RDLULLRDDD
UUDDUDUDLL
ULRDLUURRR

如果你还没明白游戏规则，可以参看下面一个简化的 4x4 迷宫的解说图：

【代码演示】 

m,n = map(int,input().split())
mp = []
for  i in range(m):
    a.append(list(input()))
print(mp)
# 也可以用下面的方法
mp =[[''*10] for i in range(10 )] # 初始化二维数组：用来存迷宫
for i in range(10):
    mp[i]=list(input( )) #二维矩阵存迷宫:一次读入一行（一维数组），用空格分隔
    # list将读入的字符串拆开放到列表里
print(mp)

# 演示（这里只输入一行）
# 输入：UDDLUULRUL
# 输出：[['U', 'D', 'D', 'L', 'U', 'U', 'L', 'R', 'U', 'L'], [''], [''], [''], [''], [''], [''], [''], [''], ['']]

正解:DFS搜索  

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实战训练

实战一：统计子矩阵

 2022年第十三届省赛15分lanqiaoOj题号2109

问题描述

给定一个 N×M 的矩阵 A, 请你统计有多少个子矩阵 (最小 1×1, 最大N×M) 满足子矩阵中所有数的和不超过给定的整数 K ?

输入格式

第一行包含三个整数 N,M 和 K.

之后 N 行每行包含 M 个整数, 代表矩阵 A.

输出格式

一个整数代表答案。

样例输入

3 4 10
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12

样例输出

19

样例说明

满足条件的子矩阵一共有 19 , 包含:

大小为 1×1 的有 10 个。

大小为 1×2 的有 3 个。

大小为 1×3 的有 2 个。

大小为 1×4 的有 1 个。

大小为 2×1 的有 3 个。

评测用例规模与约定

对于 30% 的数据, N,M≤20.

对于 70% 的数据, N,M≤100.

对于 100% 的数据, 1≤N,M≤500;0≤​≤1000;1≤K≤250000000.

【处理输入】
Python如何读矩阵?

• 定义矩阵a[ ][ ]
• 从a[1][1]读到a[n][m]（不用第零行和第零列,从a[1][1]开始）

【思路】（暴力法）

• 用i1、i2、 j1、j2框出一个子矩阵
• 用i、j两重for循环统计子矩阵和

【复杂度】

6个for循环，O(N^6)

【代码演示】 

 暴力法: 通过30%测试

n, m, k = map(int, input().split())
a = [[0] for i in range(n)]
# print(a) # 多打印，没坏处
a.insert(0,[0]*(m+1))        # 在第0行插入一行0（不用第零行）
for i in range(1, n + 1):    # 每行a[0]不用，即第一列为0（不用第零列）
    a[i].extend(map(int, input().split()))
# print(a)
ans = 0
# 四条边，每次移动一边，需要四个for循环遍历所有可能的矩阵
# 前四个for循环遍历矩阵
for i1 in range(1,n+1):              # 上边
    for i2 in range(i1,n+1):         # 下边
        for j1 in range(1,m+1):      # 左边
            for j2 in range(j1,m+1): # 右边
                sum = 0
                # 对所有可能的矩阵内部进行求和
                for i in range(i1,i2+1):   # 后两个for循环矩阵求和
                    for j in range(j1,j2+1):
                        sum += a[i][j]
                if sum <= k:  # 找出满足要求的矩阵
                    ans += 1
print(ans)

【正解】使用“前缀和 ”来求解，可以通过100%的测试（点击链接可以查看前缀和求解该题）

实战二：矩阵相乘 

矩阵相乘lanqiao0J题号1550 

题目描述

输入两个矩阵，输出两个矩阵相乘的结果。

输入描述
输入的第一行包含三个整数n,m，k，表示n×m的矩阵和m×k的矩阵。接下来n行，每行m个整数。再接下来m行，每行k个整数。0输出描述
输出n行，每行k个整数，表示矩阵相乘的结果。

输入输出样例

输入

2 1 3
1
2
1 2 3

输出

1 2 3
2 4 6

 【问题解析】

n,m,k = map( int , input( ).split( ))
A =[]
B =[]
C = [[0]*k for i in range(n)]
for i in range(n):   A.append(list(map( int , input( ).split( ))))# 读入a矩阵
for i in range(m):   B.append(list(map( int , input( ).split( ))))# 读入b矩阵
# 三个for循环计算矩阵乘法
for i in range(n):  # 累加n次
    for j in range(m):
        for l in range(k):c[i][l] += A[i][j]*B[j][l]
# 打印矩阵C
for i in range(n):
    for j in range(k):   
        print(C[i][j],end=" ")
    print()            #换行

实战三 ：回行取数

回形取数lanqiao0J题号1517

题目描述

回形取数就是沿矩阵的边取数，若当前方向上无数可取或已经取过，则左转90度。一开始位于矩阵左上角，方向向下。

输入描述

输入第一行是两个不超过 200 的正整数 m,n，表示矩阵的行和列。接下来 m 行每行 n 个整数，表示这个矩阵。

输出描述

输出只有一行，共 mn 个数，为输入矩阵回形取数得到的结果。数之间用一个空格分隔，行末不要有多余的空格。

输入输出样例

输入

3 3
1 2 3
4 5 6
7 8 9

输出

1 4 7 8 9 6 3 2 5

【解题思路】 

这道题不是正常的二维数组遍历，而是以一种特殊的方式遍历，所以本题不使用二维数组，用一维数组即可。

1. 初始化：x,y=-1,0，表示还没进入矩阵
2. 每走一步sum就加一,当sum>m*n（总数）时 ，表示已经遍历完矩阵。
3. 判断是否出错（出界和走到了取过的数），是的话就回到回到出错前调整方向后再走，否则就按照原来的发现继续前进。
4. 走过的数就输出，并标记这个数为已经取过了

【代码演示】 

dir = [(1,0),(0,1),(-1,0),(0,-1)]  #4个方向
m, n = map( int, input( ).split( ))
a=[]
for i in range(m): a.append(input( ).split( ))
x, y = -1,0             # 还没有加入矩阵
d=0
# 下面三行可以用 for i in range(m*n): 代替
sum = 0                 # 统计走了多少个数
while sum < m*n:        # 没有走完m*n个数就一直走
    sum = sum + 1
    nx, ny = x + dir[d][0], y + dir[d][1]
    if nx < 0 or nx >= m or ny < 0 or ny >= n or a[nx][ny]==-1:# 出错：走出边界/走到了取过的数
        d =(d +1)%4    # 调整方向。循环链表操作：取余
        x, y = x + dir[d][0], y + dir[d][1] # 回到出错前调整方向后再走
    else:      # 没有出界和取过的数就按照原来方向前进
        x, y = nx, ny
    print(a[x][y], end='')         # 输出当前走到的数
    a[x][y] = -1                   # 标记这个坐标点已经取过

第1行用dir数组表示4个方向，代码简短很多。dir[0]表示向右前进一步，dir[1]表示向上前进一步，dir[2]表示向左前进一步，dir[3]表示向下前进一步。 

感谢观看，下期再见！