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Wie kann ich einen Baum in Python implementieren? Gibt es in Python eingebaute Datenstrukturen wie in Java?

Ich versuche einen allgemeinen Baum zu konstruieren. Gibt es in Python integrierte Datenstrukturen, um einen Baum zu implementieren?

138
vishnu

anytree

Ich empfehle https://pypi.python.org/pypi/anytree (Ich bin der Autor)

Beispiel

from anytree import Node, RenderTree

udo = Node("Udo")
marc = Node("Marc", parent=udo)
lian = Node("Lian", parent=marc)
dan = Node("Dan", parent=udo)
jet = Node("Jet", parent=dan)
jan = Node("Jan", parent=dan)
joe = Node("Joe", parent=dan)

print(udo)
Node('/Udo')
print(joe)
Node('/Udo/Dan/Joe')

for pre, fill, node in RenderTree(udo):
    print("%s%s" % (pre, node.name))
Udo
├── Marc
│   └── Lian
└── Dan
    ├── Jet
    ├── Jan
    └── Joe

print(dan.children)
(Node('/Udo/Dan/Jet'), Node('/Udo/Dan/Jan'), Node('/Udo/Dan/Joe'))

Eigenschaften

anytree hat auch eine leistungsfähige API mit:

  • einfache Baumerstellung
  • einfache Baumänderung
  • baum-Iteration vorbestellen
  • baum-Iteration nach der Bestellung
  • relative und absolute Knotenpfade auflösen 
  • von einem Knoten zum anderen gehen.
  • baum-Rendering (siehe Beispiel oben)
  • knoten verbinden/trennen Verbindungen
128
c0fec0de

Python verfügt nicht über das umfangreiche Angebot an "eingebauten" Datenstrukturen wie Java. Da Python jedoch dynamisch ist, kann ein allgemeiner Baum leicht erstellt werden. Ein binärer Baum könnte beispielsweise sein:

class Tree:
    def __init__(self):
        self.left = None
        self.right = None
        self.data = None

Sie können es so verwenden:

root = Tree()
root.data = "root"
root.left = Tree()
root.left.data = "left"
root.right = Tree()
root.right.data = "right"
91
Greg Hewgill

Ein generischer Baum ist ein Knoten mit null oder mehr untergeordneten Objekten, wobei jedes ein richtiger (Baum-) Knoten ist. Es ist nicht dasselbe wie ein binärer Baum, sie sind unterschiedliche Datenstrukturen, obwohl beide eine gewisse Terminologie haben.

Es gibt keine eingebaute Datenstruktur für generische Bäume in Python, sie kann jedoch leicht mit Klassen implementiert werden.

class Tree(object):
    "Generic tree node."
    def __init__(self, name='root', children=None):
        self.name = name
        self.children = []
        if children is not None:
            for child in children:
                self.add_child(child)
    def __repr__(self):
        return self.name
    def add_child(self, node):
        assert isinstance(node, Tree)
        self.children.append(node)
#    *
#   /|\
#  1 2 +
#     / \
#    3   4
t = Tree('*', [Tree('1'),
               Tree('2'),
               Tree('+', [Tree('3'),
                          Tree('4')])])
37
ruda

Du kannst es versuchen:

from collections import defaultdict
def tree(): return defaultdict(tree)
users = tree()
users['harold']['username'] = 'hrldcpr'
users['handler']['username'] = 'matthandlersux'

Wie hier vorgeschlagen: https://Gist.github.com/2012250

35
Ib33X

Es gibt keine eingebauten Bäume, aber Sie können leicht eine erstellen, indem Sie einen Knotentyp aus List unterteilen und die Durchlaufmethoden schreiben. Wenn Sie dies tun, habe ich bisect nützlich gefunden. 

Es gibt auch viele Implementierungen auf PyPi , die Sie durchsuchen können. 

Wenn ich mich recht erinnere, enthält die Python-Standard-Bibliothek aus dem gleichen Grund keine Baumdatenstrukturen wie die .NET-Basisklassenbibliothek: Die Speicherlokalität wird reduziert, was zu mehr Cache-Fehlern führt. Bei modernen Prozessoren ist es normalerweise schneller, nur einen großen Speicherplatz in den Cache zu bringen, und "Zeiger-reiche" Datenstrukturen machen den Vorteil zunichte. 

16
Justin R.
class Node:
    """
    Class Node
    """
    def __init__(self, value):
        self.left = None
        self.data = value
        self.right = None

class Tree:
    """
    Class tree will provide a tree as well as utility functions.
    """

    def createNode(self, data):
        """
        Utility function to create a node.
        """
        return Node(data)

    def insert(self, node , data):
        """
        Insert function will insert a node into tree.
        Duplicate keys are not allowed.
        """
        #if tree is empty , return a root node
        if node is None:
            return self.createNode(data)
        # if data is smaller than parent , insert it into left side
        if data < node.data:
            node.left = self.insert(node.left, data)
        Elif data > node.data:
            node.right = self.insert(node.right, data)

        return node


    def search(self, node, data):
        """
        Search function will search a node into tree.
        """
        # if root is None or root is the search data.
        if node is None or node.data == data:
            return node

        if node.data < data:
            return self.search(node.right, data)
        else:
            return self.search(node.left, data)



    def deleteNode(self,node,data):
        """
        Delete function will delete a node into tree.
        Not complete , may need some more scenarion that we can handle
        Now it is handling only leaf.
        """

        # Check if tree is empty.
        if node is None:
            return None

        # searching key into BST.
        if data < node.data:
            node.left = self.deleteNode(node.left, data)
        Elif data > node.data:
            node.right = self.deleteNode(node.right, data)
        else: # reach to the node that need to delete from BST.
            if node.left is None and node.right is None:
                del node
            if node.left == None:
                temp = node.right
                del node
                return  temp
            Elif node.right == None:
                temp = node.left
                del node
                return temp

        return node






    def traverseInorder(self, root):
        """
        traverse function will print all the node in the tree.
        """
        if root is not None:
            self.traverseInorder(root.left)
            print root.data
            self.traverseInorder(root.right)

    def traversePreorder(self, root):
        """
        traverse function will print all the node in the tree.
        """
        if root is not None:
            print root.data
            self.traversePreorder(root.left)
            self.traversePreorder(root.right)

    def traversePostorder(self, root):
        """
        traverse function will print all the node in the tree.
        """
        if root is not None:
            self.traversePreorder(root.left)
            self.traversePreorder(root.right)
            print root.data


def main():
    root = None
    tree = Tree()
    root = tree.insert(root, 10)
    print root
    tree.insert(root, 20)
    tree.insert(root, 30)
    tree.insert(root, 40)
    tree.insert(root, 70)
    tree.insert(root, 60)
    tree.insert(root, 80)

    print "Traverse Inorder"
    tree.traverseInorder(root)

    print "Traverse Preorder"
    tree.traversePreorder(root)

    print "Traverse Postorder"
    tree.traversePostorder(root)


if __== "__main__":
    main()
15
shivam garg

Ich habe einen verwurzelten Baum als Wörterbuch {child:parent} implementiert. Ein Baum mit dem Wurzelknoten 0 könnte beispielsweise so aussehen:

tree={1:0, 2:0, 3:1, 4:2, 5:3}

Diese Struktur machte es ziemlich einfach, einen Pfad von einem beliebigen Knoten zur Wurzel nach oben zu gehen, was für das Problem, an dem ich arbeitete, relevant war.

9
paw

Greg Hewgills Antwort ist großartig, aber wenn Sie mehr Knoten pro Ebene benötigen, können Sie sie mit einem | Verzeichnis erstellen: und dann mit der Methode entweder nach Namen oder nach Reihenfolge (wie id) darauf zugreifen

class node(object):
    def __init__(self):
        self.name=None
        self.node=[]
        self.otherInfo = None
        self.prev=None
    def nex(self,child):
        "Gets a node by number"
        return self.node[child]
    def prev(self):
        return self.prev
    def goto(self,data):
        "Gets the node by name"
        for child in range(0,len(self.node)):
            if(self.node[child].name==data):
                return self.node[child]
    def add(self):
        node1=node()
        self.node.append(node1)
        node1.prev=self
        return node1

Erstellen Sie nun einfach eine Wurzel und bauen Sie sie auf: Ex:

tree=node()  #create a node
tree.name="root" #name it root
tree.otherInfo="blue" #or what ever 
tree=tree.add() #add a node to the root
tree.name="node1" #name it

    root
   /
child1

tree=tree.add()
tree.name="grandchild1"

       root
      /
   child1
   /
grandchild1

tree=tree.prev()
tree=tree.add()
tree.name="gchild2"

          root
           /
        child1
        /    \
grandchild1 gchild2

tree=tree.prev()
tree=tree.prev()
tree=tree.add()
tree=tree.name="child2"

              root
             /   \
        child1  child2
       /     \
grandchild1 gchild2


tree=tree.prev()
tree=tree.goto("child1") or tree=tree.nex(0)
tree.name="changed"

              root
              /   \
         changed   child2
        /      \
  grandchild1  gchild2

Das sollte ausreichen, um herauszufinden, wie man diese Arbeit machen kann

8
Bruno
class Tree(dict):
    """A tree implementation using python's autovivification feature."""
    def __missing__(self, key):
        value = self[key] = type(self)()
        return value

    #cast a (nested) dict to a (nested) Tree class
    def __init__(self, data={}):
        for k, data in data.items():
            if isinstance(data, dict):
                self[k] = type(self)(data)
            else:
                self[k] = data

arbeitet als Wörterbuch, bietet jedoch so viele verschachtelte Diktate, wie Sie möchten .. __ Versuchen Sie Folgendes:

your_tree = Tree()

your_tree['a']['1']['x']  = '@'
your_tree['a']['1']['y']  = '#'
your_tree['a']['2']['x']  = '$'
your_tree['a']['3']       = '%'
your_tree['b']            = '*'

wird ein verschachteltes Diktat liefern ... das funktioniert tatsächlich als Baum.

{'a': {'1': {'x': '@', 'y': '#'}, '2': {'x': '$'}, '3': '%'}, 'b': '*'}

... Wenn Sie bereits ein Diktat haben, wird jedes Level in einen Baum umgewandelt:

d = {'foo': {'amy': {'what': 'runs'} } }
tree = Tree(d)

print(d['foo']['amy']['what']) # returns 'runs'
d['foo']['amy']['when'] = 'now' # add new branch

Auf diese Weise können Sie jede Diktierstufe nach Belieben bearbeiten/hinzufügen/entfernen. __ Alle Diktiermethoden für Traversieren usw. gelten weiterhin.

7
natbusa

Ich habe Bäume mit verschachtelten Diktaten implementiert. Es ist ziemlich einfach zu machen, und es hat für mich mit ziemlich großen Datensätzen funktioniert. Ich habe unten ein Beispiel gepostet. Weitere Informationen finden Sie unter Google-Code

  def addBallotToTree(self, tree, ballotIndex, ballot=""):
    """Add one ballot to the tree.

    The root of the tree is a dictionary that has as keys the indicies of all 
    continuing and winning candidates.  For each candidate, the value is also
    a dictionary, and the keys of that dictionary include "n" and "bi".
    tree[c]["n"] is the number of ballots that rank candidate c first.
    tree[c]["bi"] is a list of ballot indices where the ballots rank c first.

    If candidate c is a winning candidate, then that portion of the tree is
    expanded to indicate the breakdown of the subsequently ranked candidates.
    In this situation, additional keys are added to the tree[c] dictionary
    corresponding to subsequently ranked candidates.
    tree[c]["n"] is the number of ballots that rank candidate c first.
    tree[c]["bi"] is a list of ballot indices where the ballots rank c first.
    tree[c][d]["n"] is the number of ballots that rank c first and d second.
    tree[c][d]["bi"] is a list of the corresponding ballot indices.

    Where the second ranked candidates is also a winner, then the tree is 
    expanded to the next level.  

    Losing candidates are ignored and treated as if they do not appear on the 
    ballots.  For example, tree[c][d]["n"] is the total number of ballots
    where candidate c is the first non-losing candidate, c is a winner, and
    d is the next non-losing candidate.  This will include the following
    ballots, where x represents a losing candidate:
    [c d]
    [x c d]
    [c x d]
    [x c x x d]

    During the count, the tree is dynamically updated as candidates change
    their status.  The parameter "tree" to this method may be the root of the
    tree or may be a sub-tree.
    """

    if ballot == "":
      # Add the complete ballot to the tree
      weight, ballot = self.b.getWeightedBallot(ballotIndex)
    else:
      # When ballot is not "", we are adding a truncated ballot to the tree,
      # because a higher-ranked candidate is a winner.
      weight = self.b.getWeight(ballotIndex)

    # Get the top choice among candidates still in the running
    # Note that we can't use Ballots.getTopChoiceFromWeightedBallot since
    # we are looking for the top choice over a truncated ballot.
    for c in ballot:
      if c in self.continuing | self.winners:
        break # c is the top choice so stop
    else:
      c = None # no candidates left on this ballot

    if c is None:
      # This will happen if the ballot contains only winning and losing
      # candidates.  The ballot index will not need to be transferred
      # again so it can be thrown away.
      return

    # Create space if necessary.
    if not tree.has_key(c):
      tree[c] = {}
      tree[c]["n"] = 0
      tree[c]["bi"] = []

    tree[c]["n"] += weight

    if c in self.winners:
      # Because candidate is a winner, a portion of the ballot goes to
      # the next candidate.  Pass on a truncated ballot so that the same
      # candidate doesn't get counted twice.
      i = ballot.index(c)
      ballot2 = ballot[i+1:]
      self.addBallotToTree(tree[c], ballotIndex, ballot2)
    else:
      # Candidate is in continuing so we stop here.
      tree[c]["bi"].append(ballotIndex)
6
Jeff O'Neill

Ich habe eine Python [3] - Baumimplementierung auf meiner Website veröffentlicht: http://www.quesucede.com/page/show/id/python_3_tree_implementation .

Hoffe es ist von Nutzen,

Ok, hier ist der Code:

import uuid

def sanitize_id(id):
    return id.strip().replace(" ", "")

(_ADD, _DELETE, _INSERT) = range(3)
(_ROOT, _DEPTH, _WIDTH) = range(3)

class Node:

    def __init__(self, name, identifier=None, expanded=True):
        self.__identifier = (str(uuid.uuid1()) if identifier is None else
                sanitize_id(str(identifier)))
        self.name = name
        self.expanded = expanded
        self.__bpointer = None
        self.__fpointer = []

    @property
    def identifier(self):
        return self.__identifier

    @property
    def bpointer(self):
        return self.__bpointer

    @bpointer.setter
    def bpointer(self, value):
        if value is not None:
            self.__bpointer = sanitize_id(value)

    @property
    def fpointer(self):
        return self.__fpointer

    def update_fpointer(self, identifier, mode=_ADD):
        if mode is _ADD:
            self.__fpointer.append(sanitize_id(identifier))
        Elif mode is _DELETE:
            self.__fpointer.remove(sanitize_id(identifier))
        Elif mode is _INSERT:
            self.__fpointer = [sanitize_id(identifier)]

class Tree:

    def __init__(self):
        self.nodes = []

    def get_index(self, position):
        for index, node in enumerate(self.nodes):
            if node.identifier == position:
                break
        return index

    def create_node(self, name, identifier=None, parent=None):

        node = Node(name, identifier)
        self.nodes.append(node)
        self.__update_fpointer(parent, node.identifier, _ADD)
        node.bpointer = parent
        return node

    def show(self, position, level=_ROOT):
        queue = self[position].fpointer
        if level == _ROOT:
            print("{0} [{1}]".format(self[position].name,
                                     self[position].identifier))
        else:
            print("\t"*level, "{0} [{1}]".format(self[position].name,
                                                 self[position].identifier))
        if self[position].expanded:
            level += 1
            for element in queue:
                self.show(element, level)  # recursive call

    def expand_tree(self, position, mode=_DEPTH):
        # Python generator. Loosly based on an algorithm from 'Essential LISP' by
        # John R. Anderson, Albert T. Corbett, and Brian J. Reiser, page 239-241
        yield position
        queue = self[position].fpointer
        while queue:
            yield queue[0]
            expansion = self[queue[0]].fpointer
            if mode is _DEPTH:
                queue = expansion + queue[1:]  # depth-first
            Elif mode is _WIDTH:
                queue = queue[1:] + expansion  # width-first

    def is_branch(self, position):
        return self[position].fpointer

    def __update_fpointer(self, position, identifier, mode):
        if position is None:
            return
        else:
            self[position].update_fpointer(identifier, mode)

    def __update_bpointer(self, position, identifier):
        self[position].bpointer = identifier

    def __getitem__(self, key):
        return self.nodes[self.get_index(key)]

    def __setitem__(self, key, item):
        self.nodes[self.get_index(key)] = item

    def __len__(self):
        return len(self.nodes)

    def __contains__(self, identifier):
        return [node.identifier for node in self.nodes
                if node.identifier is identifier]

if __== "__main__":

    tree = Tree()
    tree.create_node("Harry", "harry")  # root node
    tree.create_node("Jane", "jane", parent = "harry")
    tree.create_node("Bill", "bill", parent = "harry")
    tree.create_node("Joe", "joe", parent = "jane")
    tree.create_node("Diane", "diane", parent = "jane")
    tree.create_node("George", "george", parent = "diane")
    tree.create_node("Mary", "mary", parent = "diane")
    tree.create_node("Jill", "jill", parent = "george")
    tree.create_node("Carol", "carol", parent = "jill")
    tree.create_node("Grace", "grace", parent = "bill")
    tree.create_node("Mark", "mark", parent = "jane")

    print("="*80)
    tree.show("harry")
    print("="*80)
    for node in tree.expand_tree("harry", mode=_WIDTH):
        print(node)
    print("="*80)
4
Brett Kromkamp

Welche Operationen benötigen Sie? In Python gibt es oft eine gute Lösung, wenn Sie ein Diktat oder eine Liste mit dem Bisect-Modul verwenden.

Auf PyPI gibt es viele, viele Baumimplementierungen, und viele Baumarten sind fast trivial, um sich selbst in Python zu implementieren. Dies ist jedoch selten notwendig.

0
Mike Graham

Wenn Sie eine Baumdatenstruktur erstellen möchten, müssen Sie zuerst das treeElement-Objekt erstellen. Wenn Sie das treeElement-Objekt erstellen, können Sie entscheiden, wie sich Ihr Baum verhält. 

Um dies zu tun, ist die TreeElement-Klasse:

class TreeElement (object):

def __init__(self):
    self.elementName = None
    self.element = []
    self.previous = None
    self.elementScore = None
    self.elementParent = None
    self.elementPath = []
    self.treeLevel = 0

def goto(self, data):
    for child in range(0, len(self.element)):
        if (self.element[child].elementName == data):
            return self.element[child]

def add(self):

    single_element = TreeElement()
    single_element.elementName = self.elementName
    single_element.previous = self.elementParent
    single_element.elementScore = self.elementScore
    single_element.elementPath = self.elementPath
    single_element.treeLevel = self.treeLevel

    self.element.append(single_element)

    return single_element

Jetzt müssen wir dieses Element verwenden, um den Baum zu erstellen. In diesem Beispiel verwende ich A * -Baum.

class AStarAgent(Agent):
# Initialization Function: Called one time when the game starts
def registerInitialState(self, state):
    return;

# GetAction Function: Called with every frame
def getAction(self, state):

    # Sorting function for the queue
    def sortByHeuristic(each_element):

        if each_element.elementScore:
            individual_score = each_element.elementScore[0][0] + each_element.treeLevel
        else:
            individual_score = admissibleHeuristic(each_element)

        return individual_score

    # check the game is over or not
    if state.isWin():
        print('Job is done')
        return Directions.STOP
    Elif state.isLose():
        print('you lost')
        return Directions.STOP

    # Create empty list for the next states
    astar_queue = []
    astar_leaf_queue = []
    astar_tree_level = 0
    parent_tree_level = 0

    # Create Tree from the give node element
    astar_tree = TreeElement()
    astar_tree.elementName = state
    astar_tree.treeLevel = astar_tree_level
    astar_tree = astar_tree.add()

    # Add first element into the queue
    astar_queue.append(astar_tree)

    # Traverse all the elements of the queue
    while astar_queue:

        # Sort the element from the queue
        if len(astar_queue) > 1:
            astar_queue.sort(key=lambda x: sortByHeuristic(x))

        # Get the first node from the queue
        astar_child_object = astar_queue.pop(0)
        astar_child_state = astar_child_object.elementName

        # get all legal actions for the current node
        current_actions = astar_child_state.getLegalPacmanActions()

        if current_actions:

            # get all the successor state for these actions
            for action in current_actions:

                # Get the successor of the current node
                next_state = astar_child_state.generatePacmanSuccessor(action)

                if next_state:

                    # evaluate the successor states using scoreEvaluation heuristic
                    element_scored = [(admissibleHeuristic(next_state), action)]

                    # Increase the level for the child
                    parent_tree_level = astar_tree.goto(astar_child_state)
                    if parent_tree_level:
                        astar_tree_level = parent_tree_level.treeLevel + 1
                    else:
                        astar_tree_level += 1

                    # create tree for the finding the data
                    astar_tree.elementName = next_state
                    astar_tree.elementParent = astar_child_state
                    astar_tree.elementScore = element_scored
                    astar_tree.elementPath.append(astar_child_state)
                    astar_tree.treeLevel = astar_tree_level
                    astar_object = astar_tree.add()

                    # If the state exists then add that to the queue
                    astar_queue.append(astar_object)

                else:
                    # Update the value leaf into the queue
                    astar_leaf_state = astar_tree.goto(astar_child_state)
                    astar_leaf_queue.append(astar_leaf_state)

Sie können beliebige Elemente zum Objekt hinzufügen/entfernen, die Struktur jedoch intakt machen. 

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MAULIK MODI

Eine weitere Baumimplementierung basiert lose auf Brunos Antwort :

class Node:
    def __init__(self):
        self.name: str = ''
        self.children: List[Node] = []
        self.parent: Node = self

    def __getitem__(self, i: int) -> 'Node':
        return self.children[i]

    def add_child(self):
        child = Node()
        self.children.append(child)
        child.parent = self
        return child

    def __str__(self) -> str:
        def _get_character(x, left, right) -> str:
            if x < left:
                return '/'
            Elif x >= right:
                return '\\'
            else:
                return '|'

        if len(self.children):
            children_lines: Sequence[List[str]] = list(map(lambda child: str(child).split('\n'), self.children))
            widths: Sequence[int] = list(map(lambda child_lines: len(child_lines[0]), children_lines))
            max_height: int = max(map(len, children_lines))
            total_width: int = sum(widths) + len(widths) - 1
            left: int = (total_width - len(self.name) + 1) // 2
            right: int = left + len(self.name)

            return '\n'.join((
                self.name.center(total_width),
                ' '.join(map(lambda width, position: _get_character(position - width // 2, left, right).center(width),
                             widths, accumulate(widths, add))),
                *map(
                    lambda row: ' '.join(map(
                        lambda child_lines: child_lines[row] if row < len(child_lines) else ' ' * len(child_lines[0]),
                        children_lines)),
                    range(max_height))))
        else:
            return self.name

Und ein Beispiel, wie man es benutzt:

tree = Node()
tree.name = 'Root node'
tree.add_child()
tree[0].name = 'Child node 0'
tree.add_child()
tree[1].name = 'Child node 1'
tree.add_child()
tree[2].name = 'Child node 2'
tree[1].add_child()
tree[1][0].name = 'Grandchild 1.0'
tree[2].add_child()
tree[2][0].name = 'Grandchild 2.0'
tree[2].add_child()
tree[2][1].name = 'Grandchild 2.1'
print(tree)

Was soll ausgegeben werden:

 Wurzelknoten                        
//\
 Kindknoten 0 Kindknoten 1 Kindknoten 2 
 |/\ 
 Enkelkind 1.0 Enkelkind 2.0 Enkelkind 2.1 
0
Solomon Ucko

Wenn jemand eine einfachere Methode benötigt, ist ein Baum nur eine rekursiv verschachtelte Liste (da set nicht hashierbar ist):

[root, [child_1, [[child_11, []], [child_12, []]], [child_2, []]]]

Wenn jeder Zweig ein Paar ist: [Objekt, [Kinder]]
und jedes Blatt ist ein Paar: [Objekt, []]

Wenn Sie jedoch eine Klasse mit Methoden benötigen, können Sie anytree verwenden.

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Hugo Trentesaux