高级数据结构

相关源文件

• conversions/prefix_conversions_string.py
• data_structures/arrays/sudoku_solver.py
• data_structures/binary_tree/merge_two_binary_trees.py
• data_structures/linked_list/skip_list.py
• graphics/digital_differential_analyzer_line.py
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• other/davis_putnam_logemann_loveland.py
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本文档涵盖了超越基本线性结构和树状结构的复杂数据结构实现。这些结构包括概率性结构、约束满足系统、高级优先队列以及用于复杂算法应用的专用容器。

有关链表等基本数据结构，请参阅 链表。有关树的基础知识，请参阅 树与树状结构。有关基本优先队列，请参阅 堆与优先队列。

概率数据结构

跳表

跳表提供了平衡树的概率性替代方案，在搜索、插入和删除操作中具有 O(log n) 的预期性能。该实现使用了具有几何概率分布的多个前向指针级别。

来源: data_structures/linked_list/skip_list.py1-449

该 SkipList 类实现了一个通用的概率数据结构，具有以下核心组件：

• 节点：通用容器，包含 key、value 和多个 forward 指针 data_structures/linked_list/skip_list.py16-50
• 跳表：管理级别和概率的主容器 data_structures/linked_list/skip_list.py52-247
• random_level()：使用几何分布生成概率级别 data_structures/linked_list/skip_list.py116-126
• _locate_node()：核心遍历算法，返回节点和更新向量 data_structures/linked_list/skip_list.py128-161

来源: data_structures/linked_list/skip_list.py189-225

约束满足结构

数独求解器组件

数独求解器使用专门的数据结构来管理解决方案状态和约束网络，展示了约束传播和回溯搜索。

来源: data_structures/arrays/sudoku_solver.py1-247

关键的约束满足组件

• 交叉乘积生成：创建坐标系 data_structures/arrays/sudoku_solver.py11-28
• 约束网络：单元格和邻居定义互斥关系 data_structures/arrays/sudoku_solver.py27-28
• 域表示：每个单元格映射到可能的数字字符串 data_structures/arrays/sudoku_solver.py56-61
• 约束传播：eliminate() 强制执行弧一致性 data_structures/arrays/sudoku_solver.py85-108

SAT求解器结构

Davis-Putnam-Logemann-Loveland (DPLL) 算法使用子句和公式结构以及单元传播和纯文字消除来实现布尔可满足性求解。

来源: other/davis_putnam_logemann_loveland.py1-368

核心 SAT 求解结构

• 子句：表示具有文字分配跟踪的析取 other/davis_putnam_logemann_loveland.py18-97
• 公式：CNF 表示为子句集合 other/davis_putnam_logemann_loveland.py99-121
• 纯符号检测：识别出现在单一极性的文字 other/davis_putnam_logemann_loveland.py184-232
• 单元传播：从单元子句中查找强制分配 other/davis_putnam_logemann_loveland.py235-282

高级优先队列实现

通用最小优先队列

Prim 算法实现包含一个高级的通用优先队列，具有位置跟踪和键更新功能。

来源: graphs/minimum_spanning_tree_prims2.py50-185

优先队列的关键特性

• 通用类型：使用 TypeVar 以提高元素类型的安全性 graphs/minimum_spanning_tree_prims2.py15-16
• 位置跟踪：position_map 支持 O(log n) 的键更新 graphs/minimum_spanning_tree_prims2.py87-88
• 堆维护：冒泡操作保持堆属性 graphs/minimum_spanning_tree_prims2.py134-173
• 高效更新：update_key() 支持图算法的需求 graphs/minimum_spanning_tree_prims2.py120-132

频率分析结构

字母频率处理

频率查找器使用嵌套字典和排序策略来实现复杂文本分析，用于密码学应用。

来源: strings/frequency_finder.py1-104

频率分析组件

• 字符计数：将大写字母映射到出现次数 strings/frequency_finder.py38-44
• 频率反转：按频率对字母进行分组以进行分析 strings/frequency_finder.py61-72
• ETAOIN 排序：使用英语字母频率进行密码分析 strings/frequency_finder.py34-35
• 匹配评分：比较频率模式以进行语言检测 strings/frequency_finder.py82-97

枚举和分类结构

前缀单位系统

前缀转换系统展示了高级枚举用法，包括分层分类和数学运算。

来源： conversions/prefix_conversions_string.py1-122

基于枚举的结构

• SIUnit：具有正/负分区的十进制前缀系统 conversions/prefix_conversions_string.py32-85
• BinaryUnit：用于计算应用的二进制前缀系统 conversions/prefix_conversions_string.py20-30
• 分类方法：get_positive() 和 get_negative() 允许选择性操作 conversions/prefix_conversions_string.py55-84
• 转换算法：add_si_prefix() 和 add_binary_prefix() 使用枚举元数据 conversions/prefix_conversions_string.py87-115