【30天玩转python】高级数据结构

高级数据结构

在 Python 中，除了基础的列表、元组、字典和集合等数据结构之外，还有一些更复杂和高级的数据结构。这些数据结构在解决特定问题时能够提供更好的性能和更强的功能。本节将介绍一些常用的高级数据结构，包括堆、队列、双端队列、链表、树、图等，了解它们的基本概念以及在 Python 中的实现方式。

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1. 堆（Heap）

堆是一种特殊的树形数据结构，满足堆属性。堆可以分为最小堆和最大堆，最小堆中父节点的值总是小于或等于子节点，而最大堆中父节点的值总是大于或等于子节点。

在 Python 中，heapq 模块提供了堆的实现，默认是最小堆。

1.1 使用 heapq 模块

import heapq

# 创建一个最小堆
heap = []
heapq.heappush(heap, 10)
heapq.heappush(heap, 1)
heapq.heappush(heap, 5)

print(heap)  # 输出：[1, 10, 5]

# 弹出最小元素
min_element = heapq.heappop(heap)
print(min_element)  # 输出：1

1.2 堆排序

利用堆的性质可以实现高效的排序。

def heap_sort(arr):
    heap = []
    for element in arr:
        heapq.heappush(heap, element)
    return [heapq.heappop(heap) for _ in range(len(heap))]

arr = [3, 1, 4, 1, 5, 9]
sorted_arr = heap_sort(arr)
print(sorted_arr)  # 输出：[1, 1, 3, 4, 5, 9]

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2. 队列（Queue）

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，最先加入的元素最先被移出。在 Python 中，可以使用 collections.deque 实现队列，也可以使用 queue.Queue 实现线程安全的队列。

2.1 使用 collections.deque