Python开发【数据结构】：排序练习

排序练习

问题一：

现在有一个列表，列表中的数范围都在0到100之间，列表长度大约为100万。设计算法在O(n)时间复杂度内将列表进行排序。

import random

data = [random.randint(0,100) for x in range(10000)]

def count_sort(data):
    li = [0 for i in range(101)]
    for x in data:
        li[x] +=1
    count = 0
    for k,v in enumerate(li):
        for i in range(v):
            data[count]=k
            count +=1

count_sort(data)

问题二：

现在有n个数（n>10000），设计算法，按大小顺序得到前10大的数。 应用场景：榜单TOP 10

1、插入排序：

import time
import random

def call_time(func):
    def inner(*args,**kwargs):
        t1 = time.time()
        re = func(*args,**kwargs)
        t2 = time.time()
        print('Time cost:',func.__name__,t2-t1)
        return re
    return inner

def insert(li, i):
    tmp = li[i]
    j = i - 1
    while j >= 0 and li[j] > tmp:
        li[j + 1] = li[j]
        j = j - 1
    li[j + 1] = tmp

def insert_sort(li):
    for i in range(1, len(li)):
        insert(li, i)
@call_time
def topk(li, k):　　　　#时间复杂度O(kn)
    top = li[0:k + 1]
    insert_sort(top)
    for i in range(k+1, len(li)):
        top[k] = li[i]
        insert(top, k)
    return top[:-1]

data = list(range(10000))
random.shuffle(data)

print(topk(data, 10))
# Time cost: topk 0.020502567291259766
# [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

2、堆的方式：

取列表前10个元素建立一个小根堆。堆顶就是目前第10大的数。 依次向后遍历原列表，对于列表中的元素，如果小于堆顶，则忽略该元素；如果大于堆顶，则将堆顶更换为该元素，并且对堆进行一次调整； 遍历列表所有元素后，倒序弹出堆顶

import time
import random

def call_time(func):
    def inner(*args,**kwargs):
        t1 = time.time()
        re = func(*args,**kwargs)
        t2 = time.time()
        print('Time cost:',func.__name__,t2-t1)
        return re
    return inner

def sift(data, low, high):
    i = low
    j = 2 * i + 1
    tmp = data[i]
    while j <= high:    #孩子在堆里
        if j + 1 <= high and data[j] < data[j+1]:   #如果有右孩子且比左孩子大
            j += 1  #j指向右孩子
        if data[j] > tmp:   #孩子比最高领导大
            data[i] = data[j]   #孩子填到父亲的空位上
            i = j               #孩子成为新父亲
            j = 2 * i +1        #新孩子
        else:
            break
    data[i] = tmp           #最高领导放到父亲位置

@call_time
def topn(li, n):　　　　　　　　#时间复杂度O(nlogk)
    heap = li[0:n]
    # 构造包含n个元素列表的大栈堆
    for i in range(n // 2 - 1, -1, -1):
        sift(heap, i, n - 1)

    # 把列表中前n个小的数留到栈堆中
    for i in range(n, len(li)):
        if li[i] < heap[0]:
            heap[0] = li[i]
            sift(heap, 0, n - 1)

    # 把栈堆从小到大排列起来
    for i in range(n - 1, -1, -1):  # i指向堆的最后
        heap[0], heap[i] = heap[i], heap[0]  # 领导退休，刁民上位
        sift(heap, 0, i - 1)  # 调整出新领导
    return heap

data = list(range(10000))
random.shuffle(data)

print(topn(data, 10))
# Time cost: topn 0.0015001296997070312
# [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

 问题三：

给定一个列表和一个整数，设计算法找到两个数的下标，使得两个数之和为给定的整数

保证肯定仅有一个结果。 例如，列表[1,2,5,4]与目标整数3，1+2=3，结果为(0, 1)

二分查找的思路：

def bin_search(data_set, val):
    low = 0
    high = len(data_set) - 1
    while low <= high:
        mid = (low+high)//2
        if data_set[mid] == val:
            left = mid
            right = mid
            while left >= 0 and data_set[left] == val:
                left -= 1
            while right < len(data_set) and data_set[right] == val:
                right += 1
            return (left + 1, right - 1)
        elif data_set[mid] < val:
            low = mid + 1
        else:
            high = mid - 1
    return

li = [1,2,3,3,3,4,4,5]
print(bin_search(li, 5))
# (7, 7)

问题四：

给定一个升序列表和一个整数，返回该整数在列表中的下标范围

例如：列表[1,2,3,3,3,4,4,5]，若查找3，则返回(2,4)；若查找1，则返回[0,0]

import copy
li = [1, 5, 4, 2]
target = 3
max_num = 100

def func1():
    for i in range(len(li)):
        for j in range(i+1, len(li)):
            if li[i] + li[j] == target:
                return (i,j)

def bin_search(data_set, val, low, high):
    while low <= high:
        mid = (low+high)//2
        if data_set[mid] == val:
            return mid
        elif data_set[mid] < val:
            low = mid + 1
        else:
            high = mid - 1
    return

def func2():
    li2 = copy.deepcopy(li)
    li2.sort()
    for i in range(len(li2)):
        a = i
        b = bin_search(li2, target - li2[a], i+1, len(li2)-1)
        if b:
            return (li.index(li2[a]),li.index(li2[b]))

def func3():			# O(n)复杂度
    a = [None for i in range(max_num+1)]
    for i in range(len(li)):
        a[li[i]] = i
        if a[target-li[i]] != None:
            return (a[li[i]], a[target-li[i]])

print(func3())

data_dict = {}
for i in range(len(data_list)):
    if data_list[i] in data_dict:
        print(data_dict[data_list[i]], i)
    else:
        data_dict[13 - data_list[i]] = i