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什么是数据结构?
每道编程题都有输入数据和输出数据,输入数据是代码处理的对象,输出数据是代码运行的结果。代码在执行过程中需要用一定的方式来存储、处理数据,就是数据结构。
数据结构包含什么?
线性表(数组、链表)、栈和队列、串、多维数组和广义表、哈希、树和二叉树、图、排序等。
基础数据结构:
数组、链表、队列、栈、二叉树。
- a=['']*10 # 定义空数组
- b=[0]*10 # 初始化数组
- print(a)
- print(b)
- # ['', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
- # [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
-
- # 也可以利用列表生成式来初始化
- c = [0 for i in range( 10)]
- d = [i for i in range(1,10)]
- print(c)
- print(d)
- # [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
- # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
PS:列表生成式:[i for i in range(1,10)]
- a= []
- for i in range(1,10):
- a.append( i )
- print(a)
- # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
- s= [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
- for i in s:
- print(i,end=" ") # # 用空格分隔,同行输出
- # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
- s= [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
- for i in range(len(s)):
- print(s[i],end=" ")
- # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
- s = ['1','2','3','4']*2
- for i in s:
- print(int(i),end=" ")
- # 1 2 3 4 1 2 3 4
- s = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
- for i in range(len(s)-1,-1,-1):# 中间的-1表示遍历到最后一个元素,即第一个元素(根据遍历方向决定,不是由数组本身决定)
- print(s[i], end=" ")
- # 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
- # 比上面的方法更简洁
- s = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
- for i in s[::-1]:
- print(i, end=" ")
- # 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
- s = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
- print(min(s)) # 等价于min(s[:]) 0
- print(max(s[2:5])) # 左闭右开区间:[2,5) 4
- print(sum(s[2:])) # 27
- print(sum(s[2:-1])) # -1是到倒数第二个,因为是左闭右开区间:[2,7) 20
有时候输入是,那不从a[0]开始,从a[1]开始可以和题目下标匹配,在复杂的程序题中不容易出错。具体用法后面例题会有所体现。
- # 从a[1]开始
- a = [0]+list(map(int,input().split())) # 输入:1 2 3
- print(a)
- # [0,1,2,3]
PS: map(int,input().split())可输入多个用空格分隔的元素,并转换为int类型
知识点:需要读取一维数组的题目的输入描述一般是:输入第一行是一个的总数n,代表数组a的元素个数。①第二行包含n个整数a1,a2,...., an。②接下来n行每行读入一个元素。下面介绍两种情况的输入方法。
情况①:第二行包含n个整数a1,a2,...., an。例如下面例题一、二
- # 读入数字
- # 法一:
- n = map(int,input().split())
- a= list(map(int,input().split())) # 从a[0]开始
- # a= [0]+list(map(int,input().split())) # 从a[1]开始
-
- # 法二:
- n = int(input())
- a = [int(i) for i in input().split()] # 从a[0]开始
- # a= [0]+[int(i) for i in input().split()]# 从a[1]开始
情况②:接下来n行每行读入一个元素。 例如下面例题三
- n = int(input())
- num = []
- for i in range(n):
- num.append(int(input()))
例题一
- n,s = map(int,input().split())
- a= list(map(int,input().split())) # 存到列表里
-
- # 打印,查看输出情况
- for i in range(n):
- print(a[i],end=" ")
注意:做题的过程中要多打印变量,可以保证出错了可以及时发现。
例题二
- n = int(input())
- a = [int(i) for i in input().split()] # 从a[0]开始读
题目输入是,那就不从a[0]开始,从a[1]开始,可以和题目下标匹配 。
- n = int(input())
- a = [0]+[int(i) for i in input().split()] # #从a[1]开始读。a[0]不用
例题三
不在同一行读取数据:先创建一个空数组,用for循环+append()添加到数组里。
- n = int(input())
- num = []
- for i in range(n):
- num.append(int(input()))
实战一 :区间修改、区间求和
【题目描述】
给定一个长度为 N 的数组 a,其初值分别为 a1,a2,...,aN。
现有 Q 个操作,操作有以下两种:
1 l r k
,将区间 al,al+1,...ar 的值加上 k。2 l r
,求区间 al,al+1,...,ar 的和为多少。【输入描述】
输入第 1 行包含两个正整数 N,Q,分别表示数组 a 的长度和操作的个数。
第 2 行包含 N 个非负整数 a1,a2,...,aN,表示数组 a 元素的初值。
第 3∼Q−2 行每行表示一共操作,格式为以下两种之一:
1 l r x
2 l r
其含义如题所述。
【输出描述】
输出共 Q 行,每行包含一个整数,表示相应查询的答案。
【输入输出样例】
输入
5 5 1 2 3 4 5 2 1 2 1 2 3 1 2 1 3 1 1 5 1 2 1 5输出
3 8 22
【问题解析】
区间修改和区间求和题目一般使用线段树求解,本文仅用暴力法求解,遍历m次操作,每次对n个数进行操作。
- n,m = map( int, input( ).split( )) # 数组长度,操作个数
- a = [0] + list(map(int, input( ).split( ))) # 数组元素
- for i in range(m):
- w = list(map( int, input( ).split( ))) # 操作:序号 区间下限 区间上限 (要加上的值)
- if len(w) == 3: # # 区间询问:[L,R]的区间和
- q,L, R = w
- print(sum(a[L:R+1]))
- else: # # 区间修改:把[L,R]的每个元素加上d
- q,L, R, d = w
- for i in range(L,R+1):
- a[i]+=d
暴力法的计算量:O(m*n),循环m次,每次对n个数进行操作。只能通过30%的测试。
暴力法只能通过30%的测试, 100%的测试:1≤n,m≤ ,要通过100%的测试的解法见“线段树”:
实战二 :异或选数
2022年第十三届省赛
【问题描述】给定一个长度为 n 的数列A1,A2,... , An和一个非负整数x,给定m次查询,每次询问能否从某个区间[l,r]中选择两个数使得他们的异或等于x。
【输入格式】输入的第一行包含三个整数n, m, x。第二行包含n个整数A1,A2,... , An。接下来m行,每行包含两个整数li, ri表示询问区间[li, ri] 。
【输出格式】对于每个询问,如果该区间内存在两个数的异或为x则输出yes,否则输出no。
【评测用例规模与约定】对于20%的评测用例,1≤n, m ≤100;对于40%的评测用例,1 ≤n,m≤1000;对于所有评测用例,1 ≤ n, m ≤100000,0 ≤x <220,1 ≤ li ≤ri ≤n,0 ≤ Ai<220。
【知识补充】
^(异或运算符):对应二进制位相等为0,不等为1.
- a = 22
- b = 10
- c = a^b
- print(c) # 26
- print(bin(c)) # 0b11100
- print(bin(a)) # 0b10110
- print(bin(b)) # 0b01010
【问题解析】
暴力法:对每个区间的左右端点进行遍历,每次遍历判断区间内的任意两个数是否存在异或为x,是的话输出“yes”,否则输出“no”。
- # 暴力法获取20%测试分
- n, m, x = map(int, input ().split ())
- a=[0]+list (map(int, input (). split ())) #从a[1]开始
- for i in range (m) :
- flag = 0 # 初始化flag=0,表示不存在异或为x
- L,R = map(int,input().split ()) # 读取区间
- # 遍历区间
- for j in range (L,R): # 遍历左端点
- for k in range(j+1, R+1): # 遍历右端点
- if a[j]^a[k] == x: # 存在异或为x
- flag = 1
- if flag == 1: # 存在异或为x
- print('yes')
- else: # 不存在异或为x
- print ('no')
对每个区间查询,验算区间内的任意两个数,复杂度0(),共m个查询,总复杂度0(), 比赛限制最多只能循环
【正解】通过100%的测试解法应使用“线段树” 解法。
实战三:修改数组
题目描述
给定一个长度为 N 的数组 A=[A1,A2,⋅⋅⋅,AN],数组中有可能有重复出现的整数。
现在小明要按以下方法将其修改为没有重复整数的数组。小明会依次修改A2,A3,⋅⋅⋅,AN。
当修改 Ai 时,小明会检查Ai 是否在
A1∼Ai−1 中出现过。如果出现过,则小明会给 Ai 加上 1 ;如果新的 Ai 仍在之前出现过,小明会持续给 Ai 加 1 ,直 到 Ai 没有在A1∼Ai−1 中出现过。当 AN 也经过上述修改之后,显然 A 数组中就没有重复的整数了。
现在给定初始的 A 数组,请你计算出最终的 A 数组。
输入描述
第一行包含一个整数 N。
第二行包含 N 个整数 A1,A2,⋅⋅⋅,AN。
其中,。
输出描述
输出 N 个整数,依次是最终的 A1,A2,⋅⋅⋅,AN。
输入输出样例
输入
5 2 1 1 3 4输出
2 1 3 4 5
暴力法
每遍历一个新的数,就检查前面是否出现过,每一次需要检查前面所有的数共有n个数,每个数检查0(n)次,所以总复杂度是0()的,超时。
- n = int(input( ))
- A = [int(i) for i in input().split()] # 读入A1,A2,⋅⋅⋅,AN存到列表里
- for i in range(1,n):
- while A[i] in A[0:i]: # 检查之前有没有出现过,直到没有出现才退出
- A[i] += 1 # 出现过就+1
- for i in A:
- print(i,end =" ")
【正解】通过100%的测试解法应使用“并查集 ” 解法。
点击链接查看该题的并查集解法:数据结构-第七期——并查集的应用(Python)
- # 两个for循环初始化
- p = [[0 for i in range(5)]for j in range(2)]
-
- # 一个for循环初始化(推荐)
- p = [[0]*5 for i in range(2)]
- # [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
- s=[[1,2,3],[4,5,6]]
- # 遍历子数组元素
- for i in range(2): # 子数组
- for j in range(3): # 子数组元素
- print(s[i][j],end=" ")
- # 1 2 3 4 5 6
- p = [[[0 for _ in range(3)]for __ in range(4)]for ___ in range(2)]
- p = [[[0]*3 for __ in range(4)]for ___ in range(2)]
- print(p)
- # [[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]], [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]]
-
- # 三维列表(维度:2,3,4)存放0-23
- n,m,k = 2,3,4
- p = [[[i+k*j+k*m*l for i in range(k)]for j in range(m)]for l in range(n)]
- print(p)
- # [[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7], [8, 9, 10, 11]], [[12, 13, 14, 15], [16, 17, 18, 19], [20, 21, 22, 23]]]
- a = [[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7], [8, 9, 10, 11]], [[12, 13, 14, 15], [16, 17, 18, 19], [20, 21, 22, 23]]]
- for i in range(2):
- for j in range(3):
- for k in range(4):
- print(a[i][j][k],end=" ")
- # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
知识点:需要读取二维数组的题目的输入描述一般是:输入第一行是两个的正整数m, n,表示矩阵的行和列。接下来m行每行n个数/字符串(,用空格隔开),表示这个矩阵。下面介绍输入字符串和输入数字的方法。
- m,n = map(int,input().split())
- a = []
- for i in range(m):
- a.append(list(input().split()))
- m,n = map(int,input().split())
- a = []
- for i in range(m):
- a.append(list(input()))
- # 虽然输入没有隔开,但list会将输入的字符串拆成单字符存到列表
一般都是要用空格隔开的,并且要转换成整数类型。例如下面的例题一。
- n, m= map( int, input( ).split( ))
- a=[]
- for i in range(m):
- a.append([int(i) for i in input( ).split( )])
例题一:外卖店优先级
2019年第十届蓝桥省赛
仅要求读取数据即可
【输入描述】
第一行包含 3 个整数 N,M,T。
以下 M 行每行包含两个整数 ts,id,表示 ts 时刻编号 id 的外卖店收到一个订单。
其中,
1≤N,M,T≤105,1≤ts≤T,1≤id≤N 。【输入样例】
2 6 6 1 1 5 2 3 1 6 2 2 1 6 2
【代码展示】
- n, m, T = map( int, input( ).split( ))
- a=[]
- priorty = []
- for i in range(m):
- a.append([int(i) for i in input( ).split( )])
PS:读入一行并拆开,存放到数组:a.append([int(i) for i in input( ).split( )])
例题二:迷宫
2017年第八届蓝桥杯省赛,填空题,1anqiao0J题号641
仅要求读取数据即可
【问题描述】
给出一个迷宫,问迷宫内的人有多少能走出来。迷宫如右图所示:每个位置上有一个人,共100人。每个位置有指示牌,L表示向左走,R表示向右走,U表示向上走,D表示向下走。开始的时候,直升机把 100 名玩家放入一个个小房间内。玩家一定要按照地上的字母移动。请你计算一下,最后,有多少玩家会走出迷宫,而不是在里边兜圈子?
【输入描述】
输入10行,每行10个字母(U、D、L、R)
【输入样例】
UDDLUULRUL
UURLLLRRRU
RRUURLDLRD
RUDDDDUUUU
URUDLLRRUU
DURLRLDLRL
ULLURLLRDU
RDLULLRDDD
UUDDUDUDLL
ULRDLUURRR如果你还没明白游戏规则,可以参看下面一个简化的 4x4 迷宫的解说图:
【代码演示】
- m,n = map(int,input().split())
- mp = []
- for i in range(m):
- a.append(list(input()))
- print(mp)
- # 也可以用下面的方法
- mp =[[''*10] for i in range(10 )] # 初始化二维数组:用来存迷宫
- for i in range(10):
- mp[i]=list(input( )) #二维矩阵存迷宫:一次读入一行(一维数组),用空格分隔
- # list将读入的字符串拆开放到列表里
- print(mp)
-
- # 演示(这里只输入一行)
- # 输入:UDDLUULRUL
- # 输出:[['U', 'D', 'D', 'L', 'U', 'U', 'L', 'R', 'U', 'L'], [''], [''], [''], [''], [''], [''], [''], [''], ['']]
实战一:统计子矩阵
问题描述
给定一个 N×M 的矩阵 A, 请你统计有多少个子矩阵 (最小 1×1, 最大N×M) 满足子矩阵中所有数的和不超过给定的整数 K ?
输入格式
第一行包含三个整数 N,M 和 K.
之后 N 行每行包含 M 个整数, 代表矩阵 A.
输出格式
一个整数代表答案。
样例输入
3 4 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12样例输出
19
样例说明
满足条件的子矩阵一共有 19 , 包含:
大小为 1×1 的有 10 个。
大小为 1×2 的有 3 个。
大小为 1×3 的有 2 个。
大小为 1×4 的有 1 个。
大小为 2×1 的有 3 个。
评测用例规模与约定
对于 30% 的数据, N,M≤20.
对于 70% 的数据, N,M≤100.
对于 100% 的数据, 1≤N,M≤500;0≤≤1000;1≤K≤250000000.
【处理输入】
Python如何读矩阵?
【思路】(暴力法)
【复杂度】
6个for循环,O(N^6)
【代码演示】
暴力法: 通过30%测试
- n, m, k = map(int, input().split())
- a = [[0] for i in range(n)]
- # print(a) # 多打印,没坏处
- a.insert(0,[0]*(m+1)) # 在第0行插入一行0(不用第零行)
- for i in range(1, n + 1): # 每行a[0]不用,即第一列为0(不用第零列)
- a[i].extend(map(int, input().split()))
- # print(a)
- ans = 0
- # 四条边,每次移动一边,需要四个for循环遍历所有可能的矩阵
- # 前四个for循环遍历矩阵
- for i1 in range(1,n+1): # 上边
- for i2 in range(i1,n+1): # 下边
- for j1 in range(1,m+1): # 左边
- for j2 in range(j1,m+1): # 右边
- sum = 0
- # 对所有可能的矩阵内部进行求和
- for i in range(i1,i2+1): # 后两个for循环矩阵求和
- for j in range(j1,j2+1):
- sum += a[i][j]
- if sum <= k: # 找出满足要求的矩阵
- ans += 1
- print(ans)
【正解】使用“前缀和 ”来求解,可以通过100%的测试(点击链接可以查看前缀和求解该题)
实战二:矩阵相乘
题目描述
输入两个矩阵,输出两个矩阵相乘的结果。
输入描述
输入的第一行包含三个整数n,m,k,表示n×m的矩阵和m×k的矩阵。接下来n行,每行m个整数。再接下来m行,每行k个整数。0<n, m, k≤100,0≤矩阵中的每个数≤1000。
输出描述
输出n行,每行k个整数,表示矩阵相乘的结果。输入输出样例
输入
2 1 3 1 2 1 2 3输出
1 2 3 2 4 6
【问题解析】
- n,m,k = map( int , input( ).split( ))
- A =[]
- B =[]
- C = [[0]*k for i in range(n)]
- for i in range(n): A.append(list(map( int , input( ).split( ))))# 读入a矩阵
- for i in range(m): B.append(list(map( int , input( ).split( ))))# 读入b矩阵
- # 三个for循环计算矩阵乘法
- for i in range(n): # 累加n次
- for j in range(m):
- for l in range(k):c[i][l] += A[i][j]*B[j][l]
- # 打印矩阵C
- for i in range(n):
- for j in range(k):
- print(C[i][j],end=" ")
- print() #换行
实战三 :回行取数
题目描述
回形取数就是沿矩阵的边取数,若当前方向上无数可取或已经取过,则左转90度。一开始位于矩阵左上角,方向向下。
输入描述
输入第一行是两个不超过 200 的正整数 m,n,表示矩阵的行和列。接下来 m 行每行 n 个整数,表示这个矩阵。
输出描述
输出只有一行,共 mn 个数,为输入矩阵回形取数得到的结果。数之间用一个空格分隔,行末不要有多余的空格。
输入输出样例
输入
3 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9输出
1 4 7 8 9 6 3 2 5
【解题思路】
这道题不是正常的二维数组遍历,而是以一种特殊的方式遍历,所以本题不使用二维数组,用一维数组即可。
【代码演示】
- dir = [(1,0),(0,1),(-1,0),(0,-1)] #4个方向
- m, n = map( int, input( ).split( ))
- a=[]
- for i in range(m): a.append(input( ).split( ))
- x, y = -1,0 # 还没有加入矩阵
- d=0
- # 下面三行可以用 for i in range(m*n): 代替
- sum = 0 # 统计走了多少个数
- while sum < m*n: # 没有走完m*n个数就一直走
- sum = sum + 1
- nx, ny = x + dir[d][0], y + dir[d][1]
- if nx < 0 or nx >= m or ny < 0 or ny >= n or a[nx][ny]==-1:# 出错:走出边界/走到了取过的数
- d =(d +1)%4 # 调整方向。循环链表操作:取余
- x, y = x + dir[d][0], y + dir[d][1] # 回到出错前调整方向后再走
- else: # 没有出界和取过的数就按照原来方向前进
- x, y = nx, ny
- print(a[x][y], end='') # 输出当前走到的数
- a[x][y] = -1 # 标记这个坐标点已经取过
第1行用dir数组表示4个方向,代码简短很多。dir[0]表示向右前进一步,dir[1]表示向上前进一步,dir[2]表示向左前进一步,dir[3]表示向下前进一步。
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