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Python 觸“類”旁通4｜多載運算子之單鏈表的“加減乘除”

2021-08-13 09:18:13 後端開發

通過前幾篇的積累，節點類添加了創建、拼接和洗掉的功能，本篇嘗試一下使用這些已定義過的函式方法快速多載鏈表間的算術運算：

加法

相當于用之前的 push,append,cat 方法多載加法，也是非常恰當的，

加法多載的約定

當兩個“加數”都為鏈表或節點時，后者拼接到前者尾部；當有一個非節點“加數”時，作為追加元素來處理，頭插法為左加，追加法為右加，左、右加法分別用 __add__() 和 __radd__() 方法來多載，沒有多載前，對Node型別做加法會報錯的；如果只多載左加法不多載右加法，python 也只能識別 “node + 1” 為把1追加到node尾部；但不能識別出 “1 + node” 的用意，不支持的型別加法，并報錯：TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'Node' ，

左加法

先增加一個左加法多載，用Node.build快速實作，不別寫代碼了：

def __add__(self,*data):
if self.val is None:
return Node.build(*data)
return Node.build(self,*data)

完成的代碼如下：

class Node():
    def __init__(self, value=None, Next=None):
        self.val = value
        self.next = Next
        if type(self.next)==Node and self.next.val==None:
            self.next=None
 
    def __repr__(self):
        return f'Node({self.val}->{self.next})'
    
    def __str__(self):
        return f'{self.val}->{self.next}'
 
    def __len__(self):
        if self.val is None:
            return 0
        length,ptr = 0,self
        while ptr is not None:
            length += 1
            ptr = ptr.next
        return length 
 
    def __eq__(self, other):
        ptr1,ptr2 = self,other
        if len(ptr1)!=len(ptr2):
            return False
        while ptr1 is not None:
            if ptr1.val!=ptr2.val:
                return False
            ptr1 = ptr1.next
            ptr2 = ptr2.next
        else:
            return True
 
    def size(self):
        return self.__len__()
 
    @property
    def length(self):
        return self.size()
 
    @property
    def value(self):
        return self.val
 
    @property
    def values(self):
        ret,ptr = [],self
        while ptr is not None:
            ret.append(ptr.val)
            ptr = ptr.next
        return ret
 
    def pprint(self):
        items = [str(i) for i in self.values]
        if items==[]:
            print('None->None')
        elif len(items)==1:
            print(f'{items[0]}->None')
        else:
            print('->'.join(items)+'->None')
 
    def isNode(node):
        return isinstance(node,Node) and isinstance(node.next,(Node,type(None)))
 
    def build(*data, split=True):
        '''把資料轉換成節點鏈表'''
        lst,ret = [],Node()
        for val in data:
            if type(val) is str:
                if not split:
                    lst.append(val)
                    continue
                if str=='':
                    continue
                try:
                    num = int(val)
                    lst.extend([int(_) for _ in val])
                except:
                    lst.extend([_ for _ in val])
            elif hasattr(val,'__iter__'):
                lst.extend([_ for _ in val])
            elif type(val) is Node:
                if val is not None:
                    lst.extend(val.values)
            else:
                lst.append(val)
        ret = Node()
        for i in lst[::-1]:
            ret = Node(i, ret)
        return ret
 
    def copy(node):
        ret = Node()
        ptr1,ptr2 = node,ret
        while ptr1 is not None:
            ptr2.next = Node(ptr1.val)
            ptr1,ptr2 = ptr1.next,ptr2.next
        return ret.next

    def __add__(self,*data):
        if self.val is None:
            return Node.build(*data)
        return Node.build(self,*data)

測驗結果：

'''
>>> Node(1)+Node(2)
Node(1->2->None)
>>> Node(1)+Node(2)+3
Node(1->2->3->None)
>>> Node(1)+Node(2)+3+4
Node(1->2->3->4->None)
>>> 1+Node(2)
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#8>", line 1, in <module>
1+Node(2)
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'Node'
>>>
'''

右加法

當節點在右面做加法時會報錯，所以要增加一個右加法，再看效果：

def __radd__(self,*data):
return Node.build(*data,self)

'''
>>> 1+Node(2)
Node(1->2->None)
>>> 1+Node(2,Node(3))
Node(1->2->3->None)
>>> 1+2+Node(3)
Node(3->3->None)
>>> (1,2)+Node(3)
Node(1->2->3->None)
>>>
"'

可以成功實作，但要注意：加法是從左到右逐個計算的，如上紅色標注的會先計算1+2的；所以使用右加法時，想在左邊用頭插法追加多個元素時，一定要用括號把后面的先加；或者選用元組或串列等可迭代的物件作追加元素的容器； 或者索性在最左邊給個空節點，變回到左加法，如下三種方式都可以：

>>> 1+(2+(3+Node(4)))
Node(1->2->3->4->None)
>>> [1,2,3]+Node(4)
Node(1->2->3->4->None)
>>> Node()+1+2+3+Node(4)
Node(1->2->3->4->None)
>>>

注意：左加法指“被加數”在左邊，要加的“數”在右邊；右加法反之，

自加法

即多載 __iadd__() 方法，默認的話自動繼承自左加法，直接看測驗：

>>> (1,2)+Node(3)
Node(1->2->3->None)
>>> node = (1,2)+Node(3)
>>> node += 4
>>> node
Node(1->2->3->4->None)
>>>

若要把它多載成右加法，則在類里__radd__后加一行“__iadd__ = __radd__”：

    def __radd__(self,*data):
        return Node.build(*data,self)

    __iadd__ = __radd__

'''
>>> node = (1,2)+Node(3)
>>> node += 4
>>> node
Node(4->1->2->3->None)
>>>
'''

減法

相當于前幾篇中定義的洗掉方法，但多載減法之前要檢測一下“被減數”中包不包含“減數”，

包含運算 in

直接呼叫.values屬性來“偽實作”這個功能，

    def __contains__(self, other):
        if type(other) is not Node:
            return other in self.values
        sub,subs = other.values,self.values
        if len(sub)>len(subs): return False
        subs=[subs[i:i+len(sub)] for i in range(len(subs)-len(sub)+1)]
        return sub in subs

測驗結果：

>>> node = Node()+1+2+3+4+5
>>> 1 in node
True
>>> 2 in node
True
>>> 5 in node
True
>>> 0 in node
False
>>> n1 = Node(2,Node(3))
>>> n2 = Node(2,Node(4))
>>> n1 in node
True
>>> n2 in node
False
>>>

左減法

鏈表間的減法就不像加法一樣還要分左右，只有“被減數”減去“減數”，多載 __sub__即可：

    def __sub__(self, other):
        if other not in self:
            raise BaseException("A-B Error:B not in A")
        subs = self.values
        if type(other) is not Node:
            idx = subs.index(other)
            subs = subs[:idx]+subs[idx+1:]
            return Node.build(subs)
        sub = other.values
        tmp = [subs[i:i+len(sub)] for i in range(len(subs)-len(sub)+1)]
        idx = tmp.index(sub)
        subs = subs[:idx]+subs[idx+len(sub):]
        return Node.build(subs)

'''
>>> a = Node()+range(1,10)
>>> a
Node(1->2->3->4->5->6->7->8->9->None)
>>> a - 2 -3 - 5 - 7
Node(1->4->6->8->9->None)
>>> a
Node(1->2->3->4->5->6->7->8->9->None)
>>> a - Node.build(3,4,5,6)
Node(1->2->7->8->9->None)
>>> a
Node(1->2->3->4->5->6->7->8->9->None)
>>> a -= Node.build(3,4,5,6)
>>> a
Node(1->2->7->8->9->None)
>>>

注：直接呼叫build()函式和values屬性偽實作了減法效果，做減法前需要先判斷一下“被減數”是否包含“減數”，包含則減去，不包含則會報錯，

自減法

自減法__iadd__自動繼承__add__不用另行寫代碼，

乘法

左乘法

乘法約定為數乘，即乘以一個整數n，鏈表的長度擴大n倍；另外嘗試一下非數乘的情況：即當兩個鏈表相乘時，用它們的資料域對應相乘的積做各節點的值，

    def __mul__(self, other):
        if type(other) is Node:
            n1,n2 = self.values,other.values
            product = [p[0]*p[1] for p in zip(n1,n2)]
            return Node.build(product)
        if other<0 or type(other) is not int:
            raise TypeError("other is a non-negetive Integer")
        if other==0:return Node()
        ret = self.copy()
        for _ in range(1,other):
            self += ret
        return self

    __rmul__ = __mul__


'''
>>> a = Node() + range(1,3)
>>> a * 0
Node(None->None)
>>> a * 1
Node(1->2->None)
>>> a * 2
Node(1->2->1->2->None)
>>> a * 5
Node(1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->None)
>>> 
>>> 3 * a
Node(1->2->1->2->1->2->None)
>>> a
Node(1->2->None)
>>> a *= 5
>>> a
Node(1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->None)
>>> 
>>> 
>>> a = Node() + range(1,8)
>>> b = Node(2) * 7
>>> a * b
Node(2->4->6->8->10->12->14->None)
>>> b * a
Node(2->4->6->8->10->12->14->None)
>>> 
'''

右乘法

右乘也要多載，否則右乘時number * Node 會報錯，添加一行：__rmul__ = __mul__ 即可，

自乘法

自乘法__imul__自動繼承__mul__不用另行寫代碼，

除法

除法有兩種：除和整除，分別是 __truediv__ 、__floordiv__，暫且把兩種除法都看作是和整數作運算，并約定：鏈表除以一個整數n，即長度變為原來1/n，

    def __truediv__(self, i):
        if i<0 or type(i) is not int:
            raise TypeError("i must be a positive Integer")
        if i==1: return self
        if self.next is None: return Node()
        num = self.values
        num = num[:len(num)//i]
        return Node.build(num)
    
    __floordiv__ = __truediv__


'''
>>> a = Node()+range(1,3)
>>> a *= 5
>>> a / 5
Node(1->2->None)
>>> a
Node(1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->None)
>>> a/3
Node(1->2->1->None)
>>> a = Node()+range(1,3)
>>> a *= 6
>>> a
Node(1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->None)
>>> a / 2
Node(1->2->1->2->1->2->None)
>>> a
Node(1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->None)
>>> a // 3
Node(1->2->1->2->None)
>>> a
Node(1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->1->2->None)
>>> a /= 3
>>> a
Node(1->2->1->2->None)
>>> a /= 2
>>> a
Node(1->2->None)
>>> 
'''

同樣 __itruediv__、__ifloordiv__ 自動繼承不用另行寫代碼，

左移和右移

對一個整數來說，有按二進制位進行左移和右移的運算，相當于一個整數乘以或除以2；

對一個鏈表來說，呼叫上篇的 rotate(n) 方法來多載左移、右移運算（對應的內置方法 __lshift__ 和 __rshift__ ），模仿出來的效果還是蠻逼真的：

    def __lshift__(self, n):
        return self.rotate(n)

    def __rshift__(self, n):
        return self.rotate(-n)

測驗效果：

>>> a = Node()+1+2+3+4+5
>>> a
Node(1->2->3->4->5->None)
>>> a>>1
Node(5->1->2->3->4->None)
>>> a
Node(1->2->3->4->5->None)
>>> a>>3
Node(3->4->5->1->2->None)
>>> a
Node(1->2->3->4->5->None)
>>>

參與運算的鏈表不發生變化，如要改變值的用 >>= 或 <<= 來賦值：

>>> b = Node()+1+2+3+4+5
>>> b
Node(1->2->3->4->5->None)
>>> b >>= 2
>>> b
Node(4->5->1->2->3->None)
>>> b >>= 1
>>> b
Node(3->4->5->1->2->None)
>>>

或者直接在代碼中加入覆寫原鏈表的代碼： 

    def __lshift__(self, n):
        ret = self.rotate(n)
        self.val,self.next = ret.val,ret.next
        return ret

    def __rshift__(self, n):
        ret = self.rotate(-n)
        self.val,self.next = ret.val,ret.next
        return ret

'''
>>> node = Node.build(1,2,3,4,5)
>>> node
Node(1->2->3->4->5->None)
>>> node >> 1
Node(5->1->2->3->4->None)
>>> node >> 2
Node(3->4->5->1->2->None)
>>> node >> 3
Node(5->1->2->3->4->None)
>>> node
Node(5->1->2->3->4->None)
>>> node << 6
Node(1->2->3->4->5->None)
>>> node << 1
Node(2->3->4->5->1->None)
>>> node << 1
Node(3->4->5->1->2->None)
>>> node >> 2
Node(1->2->3->4->5->None)
>>> node
Node(1->2->3->4->5->None)
>>>
'''

本篇的內容純粹是為了學習如何實作運算子的多載，除了包含運算in比較有用，其它都沒什么實用性，可以試著用正規的遍歷方法來實作它的功能，另外還有一些__neg__、 __pos__、 __abs__、__mod__ __divmod__、__pow__、__round__、__invert__、__and__ 、 __or__ 、 __xor__，以及眾多的比較運算子，都可以用來多載對應的功能，

——*** 本篇完 ***——

相關文章鏈接：

《觸“類”旁通1｜以單鏈表為例，一步步深入了解類》

《觸“類”旁通2｜資料結構入門之單鏈表的創建和遍歷》

《觸“類”旁通3｜單鏈表基本操作之找查、洗掉和反轉》

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/293460.html

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    值傳遞不會改變本身，參考傳遞（如果傳遞的值需要實體化到堆里）如果發生修改了會改變本身。 1.基本資料型別都是值傳遞 package com.example.basic; public class Test { public static void main(String[] args) { int ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:04 more
  • [2]SpinalHDL教程——Scala簡單入門

    第一個 Scala 程式 shell里面輸入 $ scala scala> 1 + 1 res0: Int = 2 scala> println("Hello World!") Hello World! 檔案形式 object HelloWorld { /* 這是我的第一個 Scala 程式 * 以 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:58 more
  • 理解函式指標和回呼函式

    理解 函式指標 指向函式的指標。比如： 理解函式指標的偽代碼 void (*p)(int type, char *data); // 定義一個函式指標p void func(int type, char *data); // 宣告一個函式func p = func; // 將指標p指向函式func ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:52 more
  • Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式

    本文首發于公眾號：Hunter后端 原文鏈接：Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類，Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期，比如我們可以提取一個日期欄位的年份，月份，日等資料 Trunc() 的作用則是截取，比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM？ JVM，全稱Java Virtual Machine（Java虛擬機），是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊，使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息！

    更新完微信服務號的模板訊息之后，我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了！之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請，沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類： 位元組緩沖流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream 字符緩沖流：BufferedReader，BufferedWriter 緩沖流的基本原理，是在創建流物件時，會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列，通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說，人太懶了，現在基本都不喜歡寫筆記了，但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的，寫的注釋挺全的，應該直接看得懂，就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景：視頻分段傳輸、視頻多段傳輸（理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發，從基本到高級概念，包括簡介，UWP，第一個應用程式，商店，XAML控制元件，資料系結，XAML性能，自適應設計，自適應UI，自適應代碼，檔案管理，SQLite資料庫，應用程式到應用程式通信，應用程式本地化，應用程式 ......

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