Python應用——自定義排序全套方案

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今天的這篇文章和你們聊聊Python當中的排序，和不少高級語言同樣，Python封裝了成熟的排序函數。咱們只須要調用內部的sort函數，就能夠完成排序。可是實際場景當中，排序的應用每每比較複雜，好比對象類型，當中有多個字段，咱們但願按照指定字段排序，或者是但願按照多關鍵字排序，這個時候就不能簡單的函數調用來解決了。

字典排序

咱們先來看下最多見的字典排序的場景，假設咱們有一個字典的數組，字典內有多個字段。咱們但願可以根據字典當中的某一個字段來進行排序，咱們用實際數據來舉個例子：

kids = [
    {'name': 'xiaoming', 'score': 99, 'age': 12},
    {'name': 'xiaohong', 'score': 75, 'age': 13},
    {'name': 'xiaowang', 'score': 88, 'age': 15}
]
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這裏的kids是一個dict類型的數組，dict當中擁有name， score和age三個字段。假設咱們當下但願可以按照score來排序，應該怎麼辦呢？

對於這個問題，解決的方案有不少，首先，咱們可使用上一篇文章當中提到的匿名函數來指定排序的。這裏的用法和上篇文章優先隊列的用法是同樣的，咱們直接來看代碼：

sorted(kids, key=lambda x: x['score'])
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在匿名函數當中咱們接收的x是kids當中的元素，也就是一個dict，因此咱們想要指定咱們但願的字段，須要用dict訪問元素的方法，也就是用中括號來查找對應字段的值。

假如咱們但願按照多關鍵字排序呢？

首先介紹一下多關鍵字排序，仍是用上面的數據打比方。在上面的例子當中，各個kid的score都不同，因此排序的結果是肯定的。但若是存在兩我的的score相等，我但願年齡小的排在前面，那麼應該怎麼辦呢？咱們分析一下能夠發現，本來是按照分數從小到大排序，但有可能會出現分數相等的狀況。這個時候，咱們但願可以按照在分數相等的狀況下來比較年齡，也就是說咱們但願根據兩個關鍵字來排序，第一個關鍵字是分數，第二個關鍵字是年齡。

因爲Python當中支持tuple和list類型的排序，也就是說咱們能夠直接比較[1, 3]和[1, 2]的大小關係，Python會自動一次比較兩個數組當中的元素的大小。若是相等就自動日後比較，直到出現不等或者結束爲止。

明白了這點，其實就很好辦了。咱們只要在匿名函數當中稍稍修改，讓它返回的結果增長一個字段便可。

sorted(kids, key=lambda x: (x['score'], x['age']))
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itemgetter

除了匿名函數，Python也有自帶的庫能夠解決這個問題。用法和匿名函數很是接近，使用起來稍稍容易一些。

它就是operator庫當中的itemgetter函數，咱們直接來看代碼：

from operator import itemgetter

sorted(kids, key=itemgetter('score'))
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若是是多關鍵字也能夠，傳入多個key便可：

sorted(kids, key=itemgetter('score', 'age'))
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對象排序

咱們接下來看一下對象的自定義排序，咱們首先把上面的dict寫成對象：

class Kid:
    def __init__(self, name, score, age):
        self.name = name
        self.score = score
        self.age = age

    def __repr__(self):
        return 'Kid, name: {}, score: {}, age:{}'.format(self.name, self.score, self.age)
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爲了方便觀察打印結果，咱們重載了__repr__方法，能夠簡單地將它當作是Java當中的toString方法，這樣咱們能夠指定在print它的時候的輸出結果。

一樣，operator當中也提供了對象的排序因子函數，用法上和itemgetter同樣，只是名字不一樣。

from operator import attrgetter

kids = [Kid('xiaoming', 99, 12), Kid('xiaohong', 75, 13), Kid('xiaowang', 88, 15)]

sorted(kids, key=attrgetter('score'))
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咱們也可使用匿名函數lambda來實現：

sorted(kids, key=lambda x: x.score)
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自定義排序

到這裏尚未結束，由於仍然存在一些問題解決不了。雖然咱們實現了多關鍵字排序，可是還有一個問題解決不了，就是排序的順序問題。

咱們能夠在sorted函數的參數當中傳入reverse=True來控制是正序仍是倒敘，可是若是我使用多關鍵字，想要按照某個關鍵字升序，某個關鍵字降序怎麼辦？舉個例子，好比說咱們想要按照分數降序，年齡升序就沒辦法經過reverse來解決了，這就是當前解決不了的問題。

那應該怎麼辦呢？

這個時候就須要終極排序殺器上場了，也就是標題當中所說的自定義排序。也就是說咱們本身實現一個定義元素大小的函數，而後讓sorted來調用咱們這個函數來完成排序。這也是C++和Java等語言的用法。

自定義的函數並不難寫，咱們隨手就來：

def cmp(kid1, kid2):
    return kid1.age < kid2.age if kid1.score == kid2.score else kid1.score > kid2.score
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若是看不明白，也不要緊，我寫成完整版：

def cmp(kid1, kid2):
    if kid1.score == kid2.score:
        return kid1.age < kid2.age
    else:
        return kid1.score > kid2.score
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寫完了以後，尚未結束，這個函數是不能直接投入使用的，他和咱們以前提到的lambda匿名函數是不同的。以前的匿名函數只是用來指定字段的，因此咱們不能直接將這個函數傳遞給key，還須要在外面包一層加工處理才能夠。不過這一層處理函數Python也已經有現成的工具了，咱們能夠直接調用，它在functools裏，咱們來看代碼：

from functools import cmp_to_key

sorted(kids, key=cmp_to_key(cmp))
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咱們來看一下cmp_to_key函數裏的源碼：

def cmp_to_key(mycmp):
    """Convert a cmp= function into a key= function"""
    class K(object):
        __slots__ = ['obj']
        def __init__(self, obj):
            self.obj = obj
        def __lt__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) < 0
        def __gt__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) > 0
        def __eq__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) == 0
        def __le__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) <= 0
        def __ge__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) >= 0
        __hash__ = None
    return K
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咱們能夠看到，在函數內部，它其實定義了一個類，而後在類當中重載了比較函數，最後返回的是一個重載了比較函數的新的對象。這些__lt__, __gt__函數就是類當中重載的比較函數。好比__lt__是小於的判斷函數，__eq__是相等的函數。那麼問題來了，咱們能不能直接在Kid類當中重載比較函數呢，這樣就能夠直接排序了。

答案是肯定的，咱們固然能夠這麼辦，實際上這也是面向對象當中很是經常使用的作法。相比於自定義比較函數，咱們每每更傾向於在類當中定義好優先級。Python當中實現的方法也很簡單，就是咱們手動實現一個__lt__函數，sorted默認會將小的元素排在前面，因此咱們只用實現__lt__一個函數就夠了。這個函數當中傳入的參數是另外一個對象，咱們直接在函數裏面寫清楚比較邏輯就好了。返回True表示當前對象比other小，不然比other大。

咱們附上完整代碼：

class Kid:
    def __init__(self, name, score, age):
        self.name = name
        self.score = score
        self.age = age

    def __repr__(self):
        return 'Kid, name: {}, score: {}, age:{}'.format(self.name, self.score, self.age)

    def __lt__(self, other):
        return self.score > other.score or (self.score == other.score and self.age < other.age)
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實現了比較函數以後，咱們直接調用sorted，不用任何其餘傳參就能夠對它進行排序了。

今天的內容雖然難度不大，可是在咱們平常編程當中很是經常使用，常常會出現須要對複雜的對象和內容進行排序的狀況，因此但願你們都掌握，由於必定會派上用場的。

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