3.2 堆
堆也是一种数据结构，它是优先队列中的一种。使用优先队列能以任意顺序增加元素，并能快速找到最小（最大）的元素值，或前n个最小或最大的元素值，这要比用于列表的min函数和max函数高校的多。
与集合不同，在Python3中并没有独立的堆类型，只有一个包含一些堆操作函数的模块，该模块名为heapq（q是queue的缩写，即队列）。heapq模块中常用的函数如表：
# 堆（Heap） # heapq from heapq import * from random import * data = [1,2,3,4,5,6,7,8,9] heap = [] # 定义一个堆，其实堆就是一个列表，只是通过heapq模块中的函数利用堆算法来改变列表中的元素而已。 for n in data: value = choice(data) # 利用choice函数（随机random模块中的）从data列表中随机选择9个数（可能有重复的数） heappush(heap,value) # 利用heappush函数将value添加进堆 print(heap) # 运行结果：[1, 1, 6, 1, 4, 9, 9, 8, 7] heappush(heap,30) heappush(heap,45) print(heap) # 运行结果：[1, 1, 6, 1, 4, 9, 9, 8, 7, 30, 45] print(heappop(heap)) # heappop()将堆中的最小值弹出，并返回最小值。运行结果：1 data1 = [6,3,1,12,9] # 定义一个列表 heapify(data1) # heapify() 将列表转换为堆，也就是重新安排列表中元素的顺序，直接修改了（data1） print(data1) # 运行结果：[1, 3, 6, 12, 9] print(heapreplace(data1, 123)) # 弹出data1的最小值，并将123添加进堆。 有返回值，运行结果：1 print(data1) # 运行结果：[3, 9, 6, 12, 123] print(nlargest(1,data1)) # 得到data1中的最大值，以列表形式返回。运行结果：[123] print(nlargest(2,data1)) # 得到data1中最大的前2个值，运行结果：[123, 12] print(nsmallest(1,data1)) # 得到data1中的最小值，以列表形式返回。运行结果：[3] print(nsmallest(2,data1)) # 得到data1中的最小值，以列表形式返回。运行结果：[3, 6] print(list(merge([1,3,456,7],[0,1,-5,6],[1,7,4],[],[67]))) # 运行结果：[0, 1, 1, -5, 1, 3, 6, 7, 4, 67, 456, 7] print(list(merge(['dog','horse'],['cat','fish','kangaroo'],key=len))) # 运行结果：['dog', 'cat', 'fish', 'horse', 'kangaroo']
3.3 双端队列
双端队列不同于普通的队列。对于普通的队列来说，只能操作队列的头，而不能操作队列的尾，也就是先进先出。双端队列是普通队列的扩展，在队列的头和尾部都可以进行队列的操作，所以对一组值的两头进行操作，使用双端队列非常方便的。
使用双端队列需要导入collections模块中的deque类。该类中提供了若干个方法用于操作双端队列。
例如：append方法可以将值添加到队列的尾部，而appendleft方法可以将值添加到队列的头部；pop方法可以弹出队列尾部的最后一个值，并返回这个值；popleft方法可以弹出队列头部的第1个值，并返回这个值。
# 双端队列 from collections import deque # 将列表转换为双端队列 q = deque(range(10)) print(q) # 运行结果： deque([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]) # 将123追加到双端队列q的队尾 q.append(123) q.append(-32) print(q) # 运行结果：deque([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 123, -32]) # 将30添加到q的队首 q.appendleft(30) print(q) # 运行结果：deque([30, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 123, -32]) # 弹出队尾的值 print(q.pop()) # 运行结果 -32 # 弹出队首的值 print(q.popleft()) # 运行结果： 30 print(q) # 运行结果 deque([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 123]) # 将q向左循环移动2个位置 q.rotate(-2) print(q) # 运行结果 deque([2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 123, 0, 1]) # 向右循环移动4个位置 q.rotate(4) print(q) # 运行结果 deque([9, 123, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]) # 创建一个双端队列q1 q1 = deque(['a','b']) q.extend(q1) # 将q1添加到队列q的后面 print(q) # 运行结果 deque([9, 123, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 'a', 'b']) q.extendleft(q1) # 将q1添加到队列q的前面 print(q) # 运行结果 deque(['b', 'a', 9, 123, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 'a', 'b'])
4、时间、日期与日历（time模块）
Python提供的time、datetime和calendar模块可以用于格式化日期和时间。时间间隔是以秒为单位的浮点数。每个时间戳从1970年1月1日午夜（历元）到现在经过的时间来表示。
Python语言的time模块下有很多函数可以转换常见日期格式。例如：函数time用于获取当前时间戳，
import time ticks=time.time() print("当前的时间戳：", ticks) # 运行结果 当前的时间戳： 1575013913.8061256
ticks变量的值是一个浮点数，这个浮点数就是从运行程序那一刻的时间点到1970年1月1日午夜之间的秒数。
4.1 时间元组
在Python语言中，时间用一个元组来表示。表示时间的元组有9个元素，这9个元素都有其对应的属性，所以时间元组中的每一个元素值既可以通过属性获得，也可以通过索引获得。
# 时间元组（元组里面的值不可更改，元组没有属性） import time # 获取当前时间 localtime = time.localtime(time.time()) # 运行结果 time.struct_time(tm_year=2019, tm_mon=11, tm_mday=29, tm_hour=16, tm_min=17, tm_sec=12, tm_wday=4, tm_yday=333, tm_isdst=0) print(localtime) # localtime是一个对象 print(type(localtime)) # 运行结果 <class 'time.struct_time'> # 创建struct_time这个对象时，通过元组来指定每个时间，之后会把对应的值放在每个分量里面 st = time.struct_time((1,2,3,4,5,6,7,8,9)) # 运行结果 time.struct_time(tm_year=1, tm_mon=2, tm_mday=3, tm_hour=4, tm_min=5, tm_sec=6, tm_wday=7, tm_yday=8, tm_isdst=9) print(st) print('年','=',localtime.tm_year) # 运行结果 年 = 2019 print('月','=',localtime.tm_mon) # 运行结果 月 = 11 print('日','=',localtime.tm_mday) # 运行结果 日 = 29 print('一年的第%d天' % localtime[7]) # 运行结果 一年的第333天 # 获取一个可读的时间 localtime = time.asctime(localtime) print(localtime) # Fri Nov 29 16:32:47 2019
4.2 格式化日期和时间
应用场景不同，这就要求在输出日期和时间之前要先进行格式化。
格式化日期和时间需要使用strftime函数；
strftime函数，参数1：格式化字符串 参数2：时间元组
Python语言中，所有用于格式化日期和时间的符号都以百分号（%）开头，如 %Y-%m-%d 会将日期格式化为如 “2019-11-26”。
%y 两位数的年份表示（00-99） %Y 四位数的年份表示（000-9999） %m 月份（01-12） %d 月内中的一天（0-31） %H 24小时制小时数（0-23） %I 12小时制小时数（01-12） %M 分钟数（00=59） %S 秒（00-59） %a 本地简化星期名称 %A 本地完整星期名称 %b 本地简化的月份名称 %B 本地完整的月份名称 %c 本地相应的日期表示和时间表示 %j 年内的一天（001-366） %p 本地A.M.或P.M.的等价符 %U 一年中的星期数（00-53）星期天为星期的开始 %w 星期（0-6），星期天为星期的开始 %W 一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始 %x 本地相应的日期表示 %X 本地相应的时间表示 %Z 当前时区的名称 %% %号本身
# 格式化日期和时间 # strftime函数，参数1：格式化字符串 参数2：时间元组 import time import locale # 2018-12-23 18:34:22 print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S',time.localtime())) # 运行结果 2019-11-29 17:23:00 # 设置日期和时间为中文UTF-8格式，格式化字符串中支持中文 locale.setlocale(locale.LC_ALL, 'zh_CN.UTF-8') # 运行结果 2019年11月29日 17时23分0秒 print(time.strftime('%Y年%m月%d日 %H时%M分%S秒',time.localtime())) # 输出星期的完整名称 # 今天是星期五 print(time.strftime('今天是%A',time.localtime()))
如果格式化字符串中包含中文，必须使用locale模块中的setlocale函数将日期和时间的格式设置为中文的UTF-8格式，否则无法成功对日期和时间进行格式化。如果不清楚当前系统有哪些locale，则可以使用 locale -a命令查询，或使用locale -a|grep UTF-8 只显示UTF-8的locale。这些命令仅仅针对linux和Mac OS X。
4.3 时间戳的增量
通过time模块的time函数可以获取当前时间的时间戳（浮点数格式），时间戳可以加上或者减去一个整数（n），这就是时间戳的增量，单位是秒。也就是说，当前时间戳加10表示未来10s，将10表示过去10s。如果想得到未来1h的时间戳，需要将time函数的返回值加3600s。
import time time1 = time.time() # 获取当前的时间戳 time2 = time1 + 60 # 当前时间戳 往后 移1分钟 print(time2) # 运行结果 1575093743.3013074 time3 = time1 - 60*60 # 当前时间戳 往前 移1个小时 time3= time.localtime(time3) # 将时间戳转化为时间元组 print(time3) # 运行结果 time.struct_time(tm_year=2019, tm_mon=11, tm_mday=30, tm_hour=13, tm_min=1, tm_sec=23, tm_wday=5, tm_yday=334, tm_isdst=0) # 运行结果 2019-11-30 13:01:23 print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time3))
4.4 计算日期和时间的差值
datetime模块中的datetime类允许计算两个日期的差值，可以得到任意两个日期之间的天数以及剩余的秒数。通过datetime模块的timedelta函数还可以得到一个时间增量，如 timedetla（hours=2）可得到往后延两个小时的时间增量。
# 计算日期和时间的差 # timedetla import datetime # 定义第一个日期 d1 = datetime.datetime(2017,4,12) # 定义第二个日期 d2 = datetime.datetime(2018,12,25) # 计算这两个日期之间的天数，运行结果 622 print((d2-d1).days) # 定义第1个带时间的日期 d1 = datetime.datetime(2017,4,12,10,10,10) # 定义第2个带时间的日期 d2 = datetime.datetime(2018,12,25,10,10,40) # 输出两个日期的差，运行结果 622 days, 0:00:30 print(d2 - d1) # 计算两个日期相差的秒数（刨除整数天），运行结果 30 print((d2 - d1).seconds) # 获取当前的时间（datetime类型） d1 = datetime.datetime.now() # 将当前时间往后延 10 小时 d2 = d1 + datetime.timedelta(hours=10) # 运行结果 2019-12-01 00:28:07.977654 print(d2) d2 = d1 + datetime.timedelta(hours=-10) # 运行结果 2019-11-30 04:28:07.977654 print(d2)
要注意的是：在使用seconds属性获取两个日期相差的秒数时，需要刨除天数。例如，本例中 d2 和 d1实际上相差了622天30秒。刨除622天后，seconds属性的值是30s。
4.5 获取某月和某年的日历
使用calendar模块中的month函数，可以得到某月的日历，以字符串形式返回。如果使用calendar函数，可以获得某一年12个月的日历，也是以字符串形式体现。
# 获取某月和某年的日历 import calendar import locale # 返回2018年1月份日历（日历是英文的） cal = calendar.month(2018,1) print(cal) # 恢复默认的日期格式(英文)，否则显示12个月的日历，位置会窜 # locale.setlocale(locale.LC_ALL, '') # 输出2018年一整年的日历(共12个月) print(calendar.calendar(2018))
5.随机数（random模块）
在random模块中封装了多个函数用于产生各种类型的随机数，这些函数有的产生单值随机数，有的产生一组随机数，还有的可以打乱列表原来的顺序，类似于洗牌。
# 随机数 ''' randint(m,n):用于产生m到n之间的随机整数，包括m和n。 random()：用于产生0到1之间的随机浮点数，包括0，但不包括1。 uniform(m,n)：用于产生m到n之间的随机浮点数，m和n可以是浮点数，包括m和n。 randrange(m,n,step)：在一个递增的序列中随机选择一个整数。其中step是步长。 例如，randrange(1,6,2)，该函数就会在列表[1,3,5]中随机选择一个整数。 choice(seq)：从seq指定的序列中随机选择一个元素值。seq指定的列表元素可以是任意类型的值。 sample(seq,k)：从seq指定的序列中随机选取k个元素，然后生成一个新的序列。 shuffle(seq)：把seq指定的序列中元素的顺序打乱，该函数直接修改原有的序列。 ''' import random # 产生1到100之间的随机整数 print(random.randint(1,100)) # 运行结果 19 # 产生0到1之间的随机数 print(random.random()) # 运行结果 0.12475554094811458 # 从[1,4,7,10,13,16,19]随机选一个数 print(random.randrange(1,20,3)) # 运行结果 19 # 产生一个从1到100.5的随机浮点数 print(random.uniform(1,100.5)) # 运行结果 46.42341579462214 # 从intList列表中随机选一个元素值 intList = [1,2,5,7,76,10,4,8] print(random.choice(intList)) # 运行结果 1 # 从intList列表中随机选3个元素值，并生成一个新的序列 newList = random.sample(intList,3) print(newList) # 运行结果 [2, 8, 7] # 随机排列intList列表中的元素值，该函数直接改变了intList列表(洗牌) random.shuffle(intList) print(intList) # 运行结果 [1, 2, 5, 8, 10, 4, 76, 7]
6.数学（math模块）
在math模块中封装了很多与数学有关的函数和变量，如取整、计算幂值、平方根、三角函数等
# 数学函数 import math print('圆周率','=',math.pi) # 运行结果 圆周率 = 3.141592653589793 print('自然常数','=',math.e) # 运行结果 自然常数 = 2.718281828459045 # 取绝对值 print(math.fabs(-1.2)) # 1.2 # 向上取整 print(math.ceil(1.3)) # 2 # 向下取整 print(math.floor(1.8)) # 1 # 计算2的10次方 print(math.pow(2,10)) # 1024.0 # 计算8的平方根 print(math.sqrt(8)) # 2.8284271247461903 # 计算 Π/2 的正弦 print(math.sin(math.pi/2)) # 1.0 # 计算 Π 的余弦 print(math.cos(math.pi)) # -1.0 # 计算 Π/4 的正切 print(math.tan(math.pi/4)) # 0.9999999999999999
