如何在Python中实现通用树?这有内置的数据结构吗?


当前回答

并没有内置树,但是可以通过从List继承Node类型并编写遍历方法来轻松地构造一个树。如果你这样做,我发现平分法很有用。

您还可以浏览PyPi上的许多实现。

如果我没记错的话,Python标准库不包含树数据结构,原因和。net基类库不包含树数据结构是一样的:内存的局部性降低了,导致缓存丢失更多。在现代处理器上,将大量内存放入缓存通常会更快,而“指针丰富”的数据结构会抵消这种好处。

其他回答

并没有内置树,但是可以通过从List继承Node类型并编写遍历方法来轻松地构造一个树。如果你这样做,我发现平分法很有用。

您还可以浏览PyPi上的许多实现。

如果我没记错的话,Python标准库不包含树数据结构,原因和。net基类库不包含树数据结构是一样的:内存的局部性降低了,导致缓存丢失更多。在现代处理器上,将大量内存放入缓存通常会更快,而“指针丰富”的数据结构会抵消这种好处。

如果有人需要一个更简单的方法,树只是一个递归嵌套的列表(因为set是不可哈希的):

[root, [child_1, [[child_11, []], [child_12, []]], [child_2, []]]]

每个分支都是一对:[object, [children]] 每个叶子是一对:[object, []]

但是如果你需要一个带有方法的类,你可以使用任何树。

另一个基于Bruno回答的树的实现:

class Node:
    def __init__(self):
        self.name: str = ''
        self.children: List[Node] = []
        self.parent: Node = self

    def __getitem__(self, i: int) -> 'Node':
        return self.children[i]

    def add_child(self):
        child = Node()
        self.children.append(child)
        child.parent = self
        return child

    def __str__(self) -> str:
        def _get_character(x, left, right) -> str:
            if x < left:
                return '/'
            elif x >= right:
                return '\\'
            else:
                return '|'

        if len(self.children):
            children_lines: Sequence[List[str]] = list(map(lambda child: str(child).split('\n'), self.children))
            widths: Sequence[int] = list(map(lambda child_lines: len(child_lines[0]), children_lines))
            max_height: int = max(map(len, children_lines))
            total_width: int = sum(widths) + len(widths) - 1
            left: int = (total_width - len(self.name) + 1) // 2
            right: int = left + len(self.name)

            return '\n'.join((
                self.name.center(total_width),
                ' '.join(map(lambda width, position: _get_character(position - width // 2, left, right).center(width),
                             widths, accumulate(widths, add))),
                *map(
                    lambda row: ' '.join(map(
                        lambda child_lines: child_lines[row] if row < len(child_lines) else ' ' * len(child_lines[0]),
                        children_lines)),
                    range(max_height))))
        else:
            return self.name

还有一个如何使用它的例子:

tree = Node()
tree.name = 'Root node'
tree.add_child()
tree[0].name = 'Child node 0'
tree.add_child()
tree[1].name = 'Child node 1'
tree.add_child()
tree[2].name = 'Child node 2'
tree[1].add_child()
tree[1][0].name = 'Grandchild 1.0'
tree[2].add_child()
tree[2][0].name = 'Grandchild 2.0'
tree[2].add_child()
tree[2][1].name = 'Grandchild 2.1'
print(tree)

它应该输出:

                        Root node                        
     /             /                      \              
Child node 0  Child node 1           Child node 2        
                   |              /              \       
             Grandchild 1.0 Grandchild 2.0 Grandchild 2.1

Python不像Java那样具有相当广泛的“内置”数据结构。但是,因为Python是动态的,所以很容易创建通用树。例如,二叉树可能是:

class Tree:
    def __init__(self):
        self.left = None
        self.right = None
        self.data = None

你可以这样使用它:

root = Tree()
root.data = "root"
root.left = Tree()
root.left.data = "left"
root.right = Tree()
root.right.data = "right"

如果每个节点需要任意数量的子节点,则使用子节点列表:

class Tree:
    def __init__(self, data):
        self.children = []
        self.data = data

left = Tree("left")
middle = Tree("middle")
right = Tree("right")
root = Tree("root")
root.children = [left, middle, right]

您可以使用Python中的dataclasses模块创建Tree数据结构。

iter方法可用于使树可迭代,允许您通过改变yield语句的顺序来遍历树。

contains方法可用于检查树中是否存在特定值。

from dataclasses import dataclass

#               A
#              / \
#             B   C
#            / \   \
#           D   E   F
#          / \
#         G   H

@dataclass
class Node:
    data: str
    left: Node = None
    right: Node = None
    
    def __iter__(self):
        if self.left:
            yield from self.left
        
        yield self

        if self.right:
            yield from self.right

    def __contains__(self, other):
        for node in self:
            if node.data == other:
                return True
        return False
    

t = Node(
    'A', 
    Node(
        'B', 
        Node(
            'D', 
            Node('G'),
            Node('H'),
        ),
        Node('E'),
    ),  
    Node(
        'C', 
        right=Node('F'),
    ),
)
assert ('A' in t) is True
assert ('I' in t) is not True
for node in t:
    print(node.data, ' -> ', end='')
# G  -> D  -> H  -> B  -> E  -> A  -> C  -> F  ->