python进阶（数据结构和算法[二]）

找到最大或者最小的N个元素

heapq模块有两个函数–nlargest()和nsmallest()正好能解决我们的问题。

>>> print(heapq.nlargest(3, nums))
[43, 23, 8]
>>> print(heapq.nsmallest(3,nums))
[-1, 1, 2]

#another

import heapq

portfolio = [
   {'name': 'IBM', 'shares': 100, 'price': 91.1},
   {'name': 'AAPL', 'shares': 50, 'price': 543.22},
   {'name': 'FB', 'shares': 200, 'price': 21.09},
   {'name': 'HPQ', 'shares': 35, 'price': 31.75},
   {'name': 'YHOO', 'shares': 45, 'price': 16.35},
   {'name': 'ACME', 'shares': 75, 'price': 115.65}
]

cheap = heapq.nsmallest(3, portfolio, key=lambda s: s['price'])
expensive = heapq.nlargest(3, portfolio, key=lambda s: s['price'])

print(cheap)
print(expensive)

# 输出

[{'shares': 45, 'name': 'YHOO', 'price': 16.35}, {'shares': 200, 'name': 'FB', 'price': 21.09}, {'shares': 35, 'name': 'HPQ', 'price': 31.75}]
[{'shares': 50, 'name': 'AAPL', 'price': 543.22}, {'shares': 75, 'name': 'ACME', 'price': 115.65}, {'shares': 100, 'name': 'IBM', 'price': 91.1}]

简单的介绍一下heapq中的方法:

import heapq
#heapq.heappush(heap,item) #heap为定义堆，item 增加的元素;
#eg.
  heap=[]
  heapq.heappush(heap, 2) # heap = [2]
#heapq.heapify(list) #将列表转换为堆
#eg.
   list=[5,8,0,3,6,7,9,1,4,2]
   heapq.heapify(list) 
#heapq.heappop(heap) #删除最小的值
#eg.
  heap=[2, 4, 3, 5, 7, 8, 9, 6]
  heapq.heappop(heap) ---->heap=[3, 4, 5, 7, 9, 6, 8]
#heapq.heapreplace(heap, item) #删除最小元素值，添加新的元素值
#eg.
  heap=[2, 4, 3, 5, 7, 8, 9, 6]
  heapq.heapreplace(heap, 11) ------>heap=[2, 3, 4, 6, 8, 5, 7, 9, 11]
#heapq.heappushpop(heap, item) #首判断添加元素值与堆的第一个元素值对比，如果大于则删除最小元素，然后添加新的元素值，否则不更改堆
#eg.
   条件：item >heap[0]
   heap=[2, 4, 3, 5, 7, 8, 9, 6]
   heapq.heappushpop(heap, 9)---->heap=[3, 4, 5, 6, 8, 9, 9, 7]
   条件：item
   heap=[2, 4, 3, 5, 7, 8, 9, 6]
   heapq.heappushpop(heap, 9)---->heap=[2, 4, 3, 5, 7, 8, 9, 6]
#heapq.merge(...) #将多个堆合并
#heapq.nlargest (n, heap) #查询堆中的最大元素，n表示查询元素个数
#eg.
  heap=[2, 3, 5, 6, 4, 8, 7, 9]
  heapq.nlargest (1, heap)--->[9]
#heapq.nsmallest(n, heap) #查询堆中的最小元素，n表示查询元素个数
#eg.
 heap=[2, 3, 5, 6, 4, 8, 7, 9]
 heapq.nlargest (1, heap)--->[2]

对不一样的数据排序使用不同的方式

1. 当要查找的元素相对较少时，nlargest和nsmallest是最合适的。
2. 只是想找到最大最小元素，使用min、max是最合适的。
3. 如果N和集合本身相差不大，使用排序并切片的方式是合适的(sorted(items)[:N]、sorted(items)[-N:])。
4. N相对总元素较少的时候，适合使用将数据转化成列表，元素顺序以堆的顺序排列(参照上述的heapq.heapify())。

实现优先级队列

import heapq # 堆的数据结构，通过对数时间能找到最大或最小元素
class PriorityQueue:
    def __init__(self):
        self._queue = [] #初始化的列表
        self._index = 0 # 初始化的索引，用去比较优先级相同的元素
    def push(self, item, priority):
        # 通过heappush向_queue列表中添加一个元素（元组），默认是小顶堆，因此将优先级取反；
        # 元组比较大小是逐项的，因此添加_index作为相同优先级比较的第二个比较项；永远不会比较第三项
        heapq.heappush(self._queue, (-priority, self._index, item))
        self._index += 1
    def pop(self):
        return heapq.heappop(self._queue)[-1] #弹出的是三元组(-priority, _index, Item(''),只显示最后一项即可

#构造的元素类
class Item:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __repr__(self):
        return 'Item({!r})'.format(self.name)


q = PriorityQueue()
q.push(Item('foo'), 1)
q.push(Item('bar'), 5)
q.push(Item('barm'), 4)
q.push(Item('grok'), 1)
print(q.pop())
print(q.pop())
print(q.pop())
print(q.pop())

输出：

Item('bar')
Item('barm')
Item('foo')
Item('grok')

从输出中我们看出：是按照优先级输出，相同优先级的按照索引较小的先输出（因为是小顶堆并且先插入的索引值较小）