python應用（5）：變量類型與數據結構

如前所說，寫程序如同給算法寫殼，而算法就是流程，因此流程是程序的主角（但這個流程不必定要你來設計）。在程序中，爲了配合流程（算法）的實現，除了順序、分支與循環語句的使用，還要藉助「變量」這個角色。變量是重要的角色，男二號。

變量表示可變化的值，但這個值是有範圍的，並非全部值均可以放置到同一個變量中，值的範圍，由變量的類型決定。

變量的類型，決定兩個事情，一是用多大的空間來存儲這個變量值，二是這個變量值的範圍是多少。好了，這個不重要，先不要管這個細節，先把變量用起來，並掌握一些基礎知識便可。

變量有哪些類型呢？

（1）數字類型、bool與字符串

這三個是常見的內置類型。

注意，值，決定了變量的類型，你給變量賦什麼值，它就是什麼類型。好比：

a = 10 # int整數類型
a = 9.9 # float浮點類型。變量名仍是a，可是值的變化，讓它變成了一個新的變量
a = 987654321L # long長整數類型，值以'L'結束
a = 3+4j # complex複數類型

以上幾個變量類型，分別是int、float、long跟complex類型，這幾個類型能夠歸爲數字類型。

除了數字類型，python中的值還有bool類型跟str字符串類型，好比：

a = False # bool類型，值要麼爲False，要麼爲True
a = "hellotype" # str字符串類型

若是想知道當前變量是什麼類型，那可使用內置函數（python提供的一組函數）type()來確認，好比能夠這樣，留意type()的輸出：

因此，基本上，python的變量類型，包括數字類型（int/float/long/complex）、bool跟str。

其中，str，即字符串，對它的操做會常常遇到，好比：

a = "hellotype"
a[1:] # 第1個字符到最後（注意索引是從0開始的）
a[2:]
a = "123456"
a[1:5] # 第1個字符到第5個字符的內容，但不包括第5個字符，也就是左閉右開的區間
a[-1] # -1表示最後一個字符，-2就是倒數第二個，如此類推

執行效果：

（2）常見的數據結構

除了以上常見的內置變量類型，pyton還提供了一些經常使用的數據結構，這些數據結構也是變量類型。

數據結構服務於算法，但因爲某些數據結構實在太經常使用了，以致於不少算法都有它們的身影，因而，把這些經常使用的數據結構抽離出來，作爲一個獨立的結識點來說，也是很合理的，但明顯不是本文的事情。

數據結構，就是數據的組織結構，各個數據結構必定會有本身的組織特色。python中有幾個常見的內置的數據結構，由於常用，甚至已經被看成變量類型，跟數字類型、bool與str同樣的存在。

這幾個常見的數據結構，分別是：列表、元組、集合、字典。

一樣，值決定類型（或數據結構）。

list即列表，也是由值定義出來（以[]來定義），好比：

a = [1,2,3,4] # list
type(a)

list的操做，跟字符串的相似，好比：

tuple即元組，是隻讀列表（以()來定義），也就是元組的內容不容許修改，好比：

a = ('hellotuple', 123, True)
a[0]
a[1] = 100 # 試圖修改元組的內容，會報錯
a * 2 # 跟list的操做一致，內容重複2次，併產生新的元組
b = (1,2)
a + b # 元組相加是能夠的，由於產生了新的元組，並無修改原來的元組

執行的效果以下：

list跟tuple的特色，是能夠存聽任意類型的元素，內容有序、可重複。

另外一種常見的數據結構是set，特色是，能夠存聽任意類型的元素，內容是無序的，並且不能重複，這個就是集合的特色。

set即集合的部分使用以下（以{}來定義）：

a = {2, True, 'helloset'}
a[2] # 集合set是無序，因此沒有索引可言，試圖使用索引會致使報錯
b = set('helloset') # 使用構造函數來建立一個set，注意集合中的元素會去重（這裏元素是字符）
b = {'a', 'a', 1} # 元素會被去重

執行的效果以下：

最後一種數據結構是dict，也就是字典。

dict也是一個集合，是鍵值對（key-value）的集合，一樣以{}來定義，但包括key跟value，好比：

d = {'k1':1, 'k2':2}

dict跟set相似，內容無序，並且key不能重複。set只保留了key（無序且不重複），而去掉了value。

dict的部分使用以下：

d = {}
d['k1'] = "hellodict"
d[2] = "this is int"
d[True] = "bool true"
a = {'a':'first one', 'd':'hellodict', 3:'three', 'e':34.45}

執行效果以下：

以上四種內置類型之間的轉換，有可能在實際場景中應用到，操做上很簡單，只須要用類型名去處理須要轉換的值便可，好比：

a = list(set1) # type_name(xxx)

以上是list、tuple、set與dict的簡單介紹，你能夠根據實際場景去使用它們。

另外，我並無介紹這四種數據結構的操做函數，實事上，被抽離封裝的數據結構都有一系列操做函數，也就是對象的行爲（對象不是指女友），好比以上幾種數據結構，有對應的append()、pop()、remove()等一系列的操做，這個在實踐中再去理解與運用了。

（3）變量類型使用示例

不論是簡單的變量類型（數字類型等）仍是常見的數據結構（list等），你均可以把它們歸爲變量類型。這些變量類型常常被使用，由於變量是程序的重要配角。

我在這裏舉幾個示例，都是以list做爲棧來解決問題的例子，但願讓你對變量類型有一個使用上的感知，而後在實際場景中靈活使用。

（a）判斷左右符號是否配對

左符號：([{

右符號：)]}

配對的狀況如：'([]){()}'，不配對的狀況如：'[{]}]'。

用棧來理解就是：遍歷全部字符。遇左符號則入棧；遇右符號則出棧（若是爲空則直接返回False），出棧返回的字符若是與右符號不配對則返回False，若是配對則繼續下一個字符。全部字符遍歷完後，棧非空則返回False，不然返回True。

def sybol_match(str):
    L=['(','{','['];
    R=[')','}',']'];
    s=[]
    for c in str:
        if c in L:
            s.append(c)
        else:
            if not s:
                return False
            a=s.pop()
            lp = L.index(a)
            rp = R.index(c)
            if lp!=rp:
                return False
    return not s

（b）計算後綴表達式

計算一個表達式時，表達式能夠以中綴或後綴的方式錄入，然後綴表達式因爲不須要使用括號而簡化了處理，因此是一個廣泛的選擇。

好比：

中綴：12 (2/2) 後綴：12 2 2 /
中綴：10-(2 3) 後綴：10 2 3 -
中綴：(3-2) (9/3)+5 後綴：3 2 - 9 3 / 5 +

你能夠畫出樹狀圖，再來理解（好比後綴遍歷獲得後綴表達式）。

用棧來理解就是：遍歷全部分割項（以空格切分）。遇到數字則入棧；遇到操做符出棧兩次（這裏簡化爲都是二元操做，第一次出棧的爲參數2，第二次爲參數1），並進行運算，再把結果入棧。遍歷完全部分割項後，返回棧中內容（只有一個值）。

operators = {
        '+' : lambda p1, p2: p1+p2,
        '-' : lambda p1, p2: p1-p2,
        '*' : lambda p1, p2: p1*p2,
        '/' : lambda p1, p2: p1/p2,
        }
def calc_postfix(str):
    expr = str.split()
    s = []
    for e in expr:
        if e.isdigit():
            s.append(int(e))
        else:
            f = operators[e]
            p2 = s.pop()
            p1 = s.pop()
            s.append(f(p1, p2))

    return s.pop()

（c）揹包問題

有若干個物品，每個物品都有重量。揹包有最大容量限制，求恰好裝滿揹包最大容量的全部解。

好比：

物品名稱 重量
物品0 1kg
物品1 8kg
物品2 4kg
物品3 3kg
物品4 5kg
物品5 2kg
揹包最大能夠裝10kg，那可能的解是：[0,2,3,5]、[1,5]等。

用棧來理解就是：盡情地裝（按物品順序，只要能裝得下就裝），若是剩餘容量恰好爲0或者以後的各個物品都裝不下了，則出棧，即拿掉最後的一個物品k，再繼續從k+1個物品開始裝。在棧爲空並且填裝的物品的索引已經超出範圍，則結束循環。因爲，總會一直出棧到一個物品都沒有，再從下一個物品開始填裝，因此必定會出現棧爲空且沒有物品可裝的狀況。

def knapsack(w, ws):
    """
    w --揹包容量
    ws --物品重量列表 [1, 3, ..]
    """
    ret = []
    s = []
    i = 0
    cnt = len(ws)
    rest = w
    while s or i < cnt:  # 棧不爲空或者還有得裝
        while i < cnt and rest > 0:  # 還有得裝且還有容量
            if rest >= ws[i]:  # 裝得下就裝
                s.append(i)
                rest -= ws[i]
            i += 1   # 無論當前的是否裝得下，都要嘗試下一個
        if rest == 0:
            ret.append(s[:])  # one solution
        i = s.pop()
        rest += ws[i]
        i += 1
    return ret
        
if __name__ == '__main__':
    # print(sybol_match('[{()}]{}[()]()'))
    # print(sybol_match('[({}])'))
    # print(calc_postfix('12 2 2 / *'))
    # print(calc_postfix('3 2 - 9 3 / * 5 +'))
    ret = knapsack(10, [1, 8, 4, 3, 5, 2]) 
    print(ret)

以上是幾個示例，你可沒必要關心算法的設計，由於這是另外的話題，重點關心代碼中變量類型的使用，好比list、dict的使用等。

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好了，本文介紹了python的變量類型跟常見的數據結構，你能夠把內置的數據結構也看成變量類型。變量類型包括int、float、long、complex、bool、list、tuple、set、dict。文章最後還就list舉了幾個使用例子，但願能夠幫助你理解變量類型的使用。有緣再見，see you。