python创建和使用堆的方法

舞姬之光
发布: 2025-11-18 20:47:02
原创
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Python通过heapq模块实现最小堆,可对列表进行堆化、插入、弹出等操作,支持高效获取极值及模拟最大堆。

python创建和使用堆的方法

Python 中没有专门的“堆”类型,但可以通过内置模块 heapq 来创建和使用堆。heapq 模块提供了对列表进行堆操作的函数,实现的是最小堆(min-heap)结构。

1. 创建堆

堆在 Python 中本质上是一个普通列表,通过 heapq 提供的函数维护堆的性质。

使用 heapq.heapify() 可将一个无序列表转换为最小堆:

  • 原地修改列表,不返回新对象
  • 时间复杂度为 O(n)

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import heapq
<p>data = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
heapq.heapify(data)
print(data)  # 输出: [1, 1, 2, 3, 5, 9, 4, 6](满足最小堆结构)</p>
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2. 插入元素(入堆)

使用 heapq.heappush(heap, item) 向堆中添加元素:

  • 保持堆结构不变
  • 时间复杂度为 O(log n)

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heap = []
heapq.heappush(heap, 3)
heapq.heappush(heap, 1)
heapq.heappush(heap, 4)
print(heap)  # 输出: [1, 3, 4]
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3. 弹出最小元素(出堆)

使用 heapq.heappop(heap) 弹出并返回堆顶(最小值):

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  • 弹出后自动调整堆结构
  • 常用于获取当前最小元素

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min_val = heapq.heappop(heap)
print(min_val)  # 输出: 1
print(heap)     # 输出: [3, 4]
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4. 其他常用操作

heapq 还提供一些实用函数:

  • heappushpop(heap, item):先入堆再弹出最小值,效率高于分开调用
  • heapreplace(heap, item):先弹出最小值,再入堆,堆大小不变
  • nlargest(n, iterable):获取最大 n 个元素
  • nsmallest(n, iterable):获取最小 n 个元素

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# 示例:获取最小的两个数
nums = [5, 1, 8, 3, 9]
two_smallest = heapq.nsmallest(2, nums)
print(two_smallest)  # 输出: [1, 3]
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若需要最大堆,可通过取负值模拟:

max_heap = []
heapq.heappush(max_heap, -10)
heapq.heappush(max_heap, -20)
largest = -heapq.heappop(max_heap)
print(largest)  # 输出: 20
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基本上就这些。heapq 简单高效,适合实现优先队列、求 TopK、合并多路有序序列等场景。

以上就是python创建和使用堆的方法的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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