Python 实现

Python 实现结构概览

Hello Algo 中的 Python 实现遵循一致的模式，以实现清晰和教育价值。每个文件通常包含：

数据结构或算法的类实现
具有描述性注释的良好文档化方法
演示用法的驱动代码

Python 代码的组织方式对初学者友好，同时保持了正确的面向对象设计原则。

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线性数据结构

Python 实现包括各种线性数据结构，包括基于数组和基于链表的实现。

栈

该存储库提供了两种栈的实现：

数组栈：使用 Python 内置列表实现的栈。
- 主要方法：push(), pop(), peek(), is_empty(), size()
链表栈：使用自定义链表实现的栈。
- 主要方法：push(), pop(), peek(), is_empty(), size()

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队列

该存储库包含多种队列实现：

数组队列：基于循环数组的队列实现。
- 主要方法：push(), pop(), peek(), is_empty(), size()
链表队列：使用链表实现的队列。
- 主要方法：push(), pop(), peek(), is_empty(), size()
Python 的 deque：使用 Python 内置 collections.deque 的示例。

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双端队列 (Deque)

该存储库提供了双端队列的实现。

数组双端队列：基于循环数组的双端队列实现。
- 主要方法：push_first(), push_last(), pop_first(), pop_last(), peek_first(), peek_last()
链表双端队列：使用双向链表实现的双端队列。
- 主要方法：push_first(), push_last(), pop_first(), pop_last(), peek_first(), peek_last()

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树数据结构

二叉树

该存储库提供了二叉树及其常见操作的实现。

基本二叉树：二叉树结构的简单实现。
二叉树遍历:
- 深度优先搜索 (DFS)：前序、中序和后序遍历
- 广度优先搜索 (BFS)：层序遍历

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二叉搜索树 (BST)

该存储库提供了二叉搜索树的全面实现。

主要方法：search(), insert(), remove(), get_root()
实现保持 BST 的性质：左子节点 < 父节点 < 右子节点。
remove() 方法处理所有三种情况（0、1 或 2 个子节点）。

来源

codes/python/chapter_tree/binary_search_tree.py

AVL 树

该存储库提供了 AVL 树的实现，这是一种自平衡二叉搜索树。

主要方法：search(), insert(), remove()
平衡操作：rotate(), left_rotate(), right_rotate()
辅助方法：height(), update_height(), balance_factor()

来源

codes/python/chapter_tree/avl_tree.py

排序算法

快速排序

该存储库提供了快速排序算法的全面实现，并进行了各种优化。

基本快速排序：使用枢轴和分区进行标准实现。
带中值三数法的快速排序：选择三个元素的中值作为枢轴的优化。
带尾递归优化的快速排序：通过消除尾递归来减少堆栈空间的优化。

来源

codes/python/chapter_sorting/quick_sort.py

归并排序

该存储库提供了归并排序算法的实现。

该实现遵循分治范式。
主要函数：merge(), merge_sort()

来源

codes/python/chapter_sorting/merge_sort.py

其他排序算法

该存储库还包括以下内容的实现：

冒泡排序：一种简单的基于比较的排序算法。
插入排序：一种一次将一个元素构建到最终排序数组中的排序算法。

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实现模式

存储库中的 Python 实现遵循几种常见模式。

面向对象设计

大多数数据结构实现为类，其中包含：

私有属性（以 _ 为前缀）
用于操作的公共方法
清晰的方法命名约定

类型提示

Python 实现使用类型提示来提高可读性和文档质量。

参数类型（例如，nums: list[int]）
返回类型（例如，-> int）
联合类型表示潜在的 None 值（例如，TreeNode | None）

一致的接口

类似的数据结构保持一致的接口用于常见操作。

栈和队列具有 push(), pop() 和 peek() 方法。
所有集合都有 size() 和 is_empty() 方法。
树结构具有遍历方法。

驱动代码模式

所有 Python 文件都在 if __name__ == "__main__": 语句下包含一个“驱动代码”部分，该部分演示了：

如何初始化数据结构
如何使用各种操作
预期输出

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使用示例

以下是如何使用 Python 实现的摘要：

栈使用示例

二叉搜索树使用示例

排序算法使用示例

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与其他语言实现的比较

Hello Algo 中的 Python 实现设计得清晰易读，是理解算法和数据结构的绝佳起点。与存储库中其他语言的实现相比：

功能	Python	Java	JavaScript	C++	Go
语法	简洁，干净	更冗长	少类型	复杂	静态类型
类型系统	动态（带提示）	静态	动态	静态	静态
内存管理	自动	自动 (GC)	自动	手动	自动 (GC)
代码结构	面向类	面向类	类/原型	面向类	结构和接口
错误处理	异常处理	异常处理	异常处理	异常处理	错误返回

Python 的实现平衡了可读性和良好的软件工程原则，使其成为教育目的的理想选择。

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