Coco学编程（一）－－从Python起飞

Coco是个聪明的孩子，而且又是学的计算机软件专业，所以她说要让我教她写程序时，我很高兴的答应了。教了一段后，感觉真的是赚到了一个聪明学生。

海顿曾说，“我以为会因为教过这个年青人而感到骄傲的。”后来，这个叫贝多芬的年青人真的做出了大事业。

不过，到底Coco在这之前，几乎从没有摸过真正的计算机，加上我只能通过网络教她，所以还是闹了一些笑话。当然，比起我当年，她学得快多啦。

我给Coco开了一个很另类的学习规划：C++&Python。初期以Python为主，往后慢慢加C++，然后看是不是再加些Java（我总觉得要是前面两样学好了，Java，C#什么的自学也能很快上手）。当然，我自己最熟悉的是数据库系统，所以以后肯定会教她学数据库方面的知识。暂时嘛，先学好眼前这些再说。主要是培养程序设计与编码的风格，打打基础。我毕竟不是她的任课教师，很多课本上的知识在课堂上学效果会更好些。

Coco的英语不错，所以，装上Python内核以及Pythonwin（我最习惯的Python IDE）后，我给了她一个星期去阅读Python的文档，自学Python的基本知识。作为一个只在课本上学过C语言的在校学生，她第一个星期的进展还是很让我满意的，除了个别使用问题，需要我的帮助，其他我没怎么管。现在最基本的语法已经完全掌握了，也懂得使用Pythonwin的一些简单功能。老鸟们也不要笑，对于一个刚刚拥有自己的计算机一个月的学生，这个进度，不算慢。现在，我准备让她写一些小程序来练习。就从她的必修课－－《算法与数据结构》开始吧。反正Python有现成的容器，链表字典一应俱全，直接从基础的算法入手更简单。so，今天的QQ上，我们从排序开始：

我：Coco，你们现在正在学算法吧。

Coco：是啊，不过课本是C++的，老师讲的全是C。

我：对于这种课程，用什么语言实现不是最重要的－－其实也挺重要，我个人还是感觉C++实现最好：）－－最要是实现了什么。从你上次发给我的C程序来看……我认为你还是从Python开始学吧。

Coco：为什么？那个程序最后不是可以运行吗？

我：是啊，但是连缩进全没有，这种代码，拿给别人根本没法看，更不要说调试和改进。用Python练一段，强迫你学会良好的书写风格再说吧。再说什么指针引用的，要是和算法搅在一起，更学不清了。Python的语法简单，不用费心。

Coco：这么说我那个C程序一无是处喽……

我：倒也不是，下面这几行还可以保留：

#include

int main()

{

return 0;

}

Coco：555……

（Coco暴怒中，中断课程五分钟，^_^）

我：好，现在我们开始上课，首先，你要知道Python的线性容器－－链表。

Coco：嗯，我知道，最简单的方法，Array = [] 就可以声明一个链表。也可以在这里给它赋初值。

我：OK，那么有了这个容器，我们就可以开始学习最基本的排序算法了。如果给你一些扑克，你会怎么样把它排序？

Coco：当然最简单的办法就是，先拿出一张放在桌面上，然后拿出第二张，与第一张比较，把它放在合适的位置。然后是第三张，第四张……视情况将其插入在队列的某一端或队列中的合适位置。

我：完全正确，我们对数据的排序，也有类似的方法，我们称之为直接插入排序。

Coco：直接插入排序似乎是这样的过程，先把这些数据全摆在这里，然后一个一个找出顺序不对的数据，把它们插入到合适的位置。

我：是的，我们在程序中，就用采用这种方法，现在给你这个链表 Array=[6,16,10,9,15,5,11,1,19,4,14,18,0,13,3,17,12,2,8,7] ,我们写出对它排序的函数代码吧。我们先约定好这个函数的声明，就叫它DrtInsSort(theArray)吧，给出测试代码：

Array=[6,16,10,9,15,5,11,1,19,4,14,18,0,13,3,17,12,2,8,7]

print Array

DrtInsSort(Array)

print Array

第一步，我们先找出这里面哪些位置出现了逆序，这个程序你能写出来吗？

Coco：我试试……

def DrtInsSort(theArray):

for i in range(1, len(theArray)):

if theArray[i] < theArray[i-1]:

print “i :”, i, “theArray[i-1] :”, theArray[i-1], “theArray[i] :”, theArray[i]

return

我：很好，这个程序运行的不错，代码也很清楚，如果要把它变成真正能对数组进行排序的代码，你知道怎么改进吗？

Coco：应该把“print”行改成移动元素的代码即可，让我写写看，这个代码应该改成……

def DrtInsSort(theArray):

for i in range(1, len(theArray)):

if theArray[i] < theArray[i-1]:

tmp = theArray[i]

del theArray[i]

for j in range(i):

if theArray[j] > tmp:

theArray.insert(j, tmp)

break

return

我：很好，我注意到你的代码中，查找插入点的循环是 for j in range(i)，可以说说为什么不是for j in range(len(theArray)) 吗？还有，下次记得不同功能块的代码，最好是写上注释或用空行分开，提高可读性：）。

Coco：这是因为，搜索逆序点的代码是从链表起点开始搜的，如果搜到i-1和i 存在逆序时，说明前面的元素都已处理完毕，已经是良序的。但是序号大于i的元素还没有进行比较，不能保证。所以，我们应该只在已确定的良序区间寻找插入点。

我：不错，那么你说说这个算法还有没有改进的地方呢？

Coco：老师讲搜索算法时提过，这种顺序搜索的时间复杂度是线性的，那么随着良序区间的不断增长，搜索插入点所用的时间就会越来越长。如果改成更有效的搜索算法，比如折半搜索，就可以快一些。

我：想法不错，那么当你改进它的时候，有几个地方要注意：

1、你以前的代码全都放在一个函数体里，从来没有分过子函数，这不是好习惯。排序中的插入代码明显可以从整个排序中分离出来，而且可以有多种组合方案，应该把搜索插入的代码分离成一个子函数；

2、按照书本上的理论演示，折半插入是一直递归到底的。不过这样的话，就要在每一次递归时判断边界条件，比较麻烦，反而会降低效率，所以实用的作法是当搜索被缩减到一定程度，就直接使用顺序搜索。所以，你的顺序搜索代码也仍是有用的（不过这个你应该已经明白了吧）；

3、为了调较性能方便，我希望改折半为顺序搜索的判断条件，即进行折半搜索的间区最小长度，应该可以很方便的修改。这样，你把它做为搜索函数的参数之一，这样我改起来也方便。

Coco：好的，我试试看（要求这么多@_@）……

（Coco几经波折，终于拿出了这样一个版本）

#Direct Insert

def drtIns(theArray, n, e):

for j in range(n):

if theArray[j] > e:

theArray.insert(j, e)

break

return

#Half Search.

def hlfIns(theArray, low, top, e, lmt):

if (top - low) < lmt:

drtIns(theArray, top, e)

return

#This variable is the marker insert Point.

insP = (low+top)/2

if theArray[insP-1] < e < theArray[insP]:

theArray.insert(insP, e)

return

elif e < theArray[insP-1]:

hlfInsRe(theArray, low, insP, e, lmt)

return

elif theArray[insP] < e:

hlfInsRe(theArray, insP, top, e, lmt)

return

else:

return

#Direct Sort method.

def DrtInsSort(theArray):

#The variable tell the half serach insert medoth

#use half serach in how long area.

lowlmt = 8

for i in range(1, len(theArray)):

if theArray[i] < theArray[i-1]:

tmp = theArray[i]

del theArray[i]

#You can choice a medoth you like in iterative or recursively, even choice the direct insert modth.

hlfIns(theArray, 0, i, tmp, lowlmt)

return

我：不错，值得鼓励！我想问一下，为什么你的顺序搜索插入函数drtIns要声明成def drtIns(theArray, n, e) ？这样子的话，每次搜索时，还是会从theArray[0]开始，我们的目的可基本上达不到啊。

Coco：我明白了，这时应该对drtIns做改进，让它的起点也可调……这就去改……

我：还有，你现在写的是一个递归算法，递归当然有它的好处，比如代码简洁。但是如果递归次数过多，会占用大量资源，还有可能造成堆栈溢出，现在除了递归算法，你还要再写一个迭代版本。

Coco：好（累啊）……

（下面是Coco的最终代码）

#Direct Inert to the list. If it is just directly used in the

#sort, you can use the sample version :

#def drtIns(theArray, top, e):

# for j in range(top):

# ...

def drtIns(theArray, low, top, e):

for j in range(low, top):

if theArray[j] > e:

theArray.insert(j, e)

break

return

#Half search insert method, it is the recursively version.

def hlfInsRe(theArray, low, top, e, lmt):

if (top - low) < lmt:

drtIns(theArray, low, top, e)

return

#This variable is the marker insert Point.

insP = (low+top)/2

if theArray[insP-1] < e < theArray[insP]:

theArray.insert(insP, e)

return

elif e < theArray[insP-1]:

hlfInsRe(theArray, low, insP, e, lmt)

return

elif theArray[insP] < e:

hlfInsRe(theArray, insP, top, e, lmt)

return

else:

return

#Half search insert method, it is the iterative version

def hlfInsIt(theArray, low, top, e, lmt):

if (top - low) < lmt:

drtIns(theArray, low, top, e)

return

ilow = low

itop = top

#This variable is the marker of insert Point.

insP = (ilow+itop)/2

while (e < theArray[insP-1]) or (theArray[insP] > e):

if e < theArray[insP-1]:

itop = insP

else:

ilow = insP

if itop - ilow < lmt:

drtIns(theArray, low, top, e)

return

insP = (ilow+itop)/2

else:

theArray.insert(insP, e)

return

#Direct Sort method.

def DrtInsSort(theArray):

#The variable tell the half search insert medoth

#use half search in how long area.

lowlmt = 8

for i in range(1, len(theArray)):

if theArray[i] < theArray[i-1]:

tmp = theArray[i]

del theArray[i]

#You can choice a medoth you like in iterative

#or recursively, even choice the direct insert modth.

hlfInsIt(theArray, 0, i, tmp, lowlmt)

return

#Follow is the demo of direct sort.

Array=[6,16,10,9,15,5,11,1,19,4,14,18,0,13,3,17,12,2,8,7]

print Array

DrtInsSort(Array)

print Array

我：好啊好啊，干得漂亮。

Coco：我有一个问题，我们这里做的各种操作，都是针对函数传进来的theArray参数，为什么修必的结果会直接反映在Array中呢？

我：所谓的“传值参数”和“引用参数”，你听说过吧。

Coco：知道。

我：在python中，简单类型的数据，比如整数，实数，在函数调用中，都是传值调用的，而比较复杂的类型，比如链表，就是引用调用，这是出于效率方面的考虑吧。

Coco：明白了……

我：你今天学得很快，还不错。这样吧，为了表示鼓励，你马上打车过来，我请你吃饭。

Coco：好几千里呢，算了吧～，我还是自己到食堂买点好吃的……

PS：写了几年的程序，总感觉学习新技术时，从入门到领悟，是一个很艰难的过程。python的入门，我很喜欢python自带的文档，还有恶魔吹着笛子来在《程序员》上发表的系列文章（我就是读了那些文章才决定学python的）。可是再进一步的指导，就比较不好找了。我试着以这种对话的题材，写下我个人的学习笔记，算是抛砖引玉吧，其实我对python所学还是太浅，还请各位高手拿出自己的心得，多多指教。

Coco是我虚拟的一个角色，整个故事纯属虚构，如有雷同……也不一定纯属巧合，这里面有一些小花絮，倒确是我身边发生过的，希望真实故事的主人公们，不要来打我就好，呵呵。有些时候感觉两个人对话像是自言自语，这很正常，因为本来就是我在自说自话……

如果文中因折行问题导致有代码出错，我在此表示歉意。这个HTML的排版实在是让我无可奈何……为了能排得更好看些，我不得不放弃了OpenOffice，开始用Word……

如果再出现排版混乱，以后的代码，我只好贴图啦……