python的练习

一、练习题目

• Hello World 实例
• 数字求和
• 平方根
• 二次方程
• 计算三角形的面积
• 计算圆的面积
• 随机数生成
• 摄氏温度转华氏温度
• 交换变量
• if 语句
• 判断字符串是否为数字
• 判断奇数偶数
• 判断闰年
• 获取最大值函数
• 质数判断
• 输出指定范围内的素数
• 阶乘实例
• 九九乘法表
• 斐波那契数列
• 阿姆斯特朗数
• 十进制转二进制、八进制、十六进制
• ASCII码与字符相互转换
• 最大公约数算法
• 最小公倍数算法
• 简单计算器实现
• 生成日历
• 使用递归斐波那契数列
• 文件 IO
• 字符串判断
• 字符串大小写转换
• 计算每个月天数
• 获取昨天日期
• list 常用操作
• 约瑟夫生者死者小游戏
• 五人分鱼
• 实现秒表功能
• 计算 n 个自然数的立方和
• 计算数组元素之和
• 数组翻转指定个数的元素
• 将列表中的头尾两个元素对调
• 将列表中的指定位置的两个元素对调
• 翻转列表
• 判断元素是否在列表中存在
• 清空列表
• 移除列表中重复的元素
• 复制列表
• 计算元素在列表中出现的次数
• 计算列表元素之和
• 计算列表元素之积
• 查找列表中最小元素
• 查找列表中最大元素
• 移除字符串中的指定位置字符
• 判断字符串是否存在子字符串
• 判断字符串长度
• 使用正则表达式提取字符串中的 URL
• 将字符串作为代码执行
• 字符串翻转
• 对字符串切片及翻转
• 按键(key)或值(value)对字典进行排序
• 计算字典值之和
• 移除字典点键值(key/value)对
• 合并字典
• 将字符串的时间转换为时间戳
• 获取几天前的时间
• 将时间戳转换为指定格式日期
• 打印自己设计的字体
• 二分查找
• 线性查找
• 插入排序
• 快速排序
• 选择排序
• 冒泡排序
• 归并排序
• 堆排序
• 计数排序
• 希尔排序
• 拓扑排序

二、代码概览

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: UTF-8 -*-
# @Date : 2024/4/19 14:21
# @Author : water
"""
正则表达式：
    正则表达式（Regular Expression，简称 regex）是一种用于模式匹配和文本处理的强大工具，它定义了一种字符串匹配的模式，能够快速有效地搜索、替换、提取或验证文本中的特定字符串或字符序列。以下是正则表达式的主要规则和组成部分：
    基本规则和概念：
    字符匹配：
        普通字符：大多数字母、数字、标点符号等直接匹配自身。
        特殊字符（元字符）：具有特殊意义的字符，如 ., ^, $, *, +, ?, {}, (, ), [, ], \ 等，它们不直接匹配自身，而是用于构建更复杂的模式。
    量词：
        ?：前一个元素可选，出现0次或1次。
        *：前一个元素出现0次或任意多次。
        +：前一个元素出现至少1次，最多无限次。
        {n}：前一个元素精确出现n次。
        {n,}：前一个元素至少出现n次。
        {n,m}：前一个元素至少出现n次，至多出现m次。
    位置匹配：
        ^：匹配字符串的开始位置。
        $：匹配字符串的结束位置。
        \b：匹配单词边界（空格、标点符号与字母数字之间的位置）。
        \B：匹配非单词边界。
    字符类：
        [abc]：匹配括号内任何一个字符，如a、b或c。
        [^abc]：否定字符类，匹配任何不在括号内的字符。
        [a-zA-Z]：范围表示，匹配指定范围内任意字符。
        \d：等价于 [0-9]，匹配任意数字。
        \D：等价于 [^0-9]，匹配任意非数字字符。
        \w：等价于 [a-zA-Z0-9_]，匹配字母、数字或下划线。
        \W：等价于 [^a-zA-Z0-9_]，匹配非字母、数字或下划线的字符。
        \s：匹配任意空白字符，包括空格、制表符、换页符等。
        \S：匹配任意非空白字符。
    预定义字符类（POSIX 字符类）：
        [:alnum:]：字母和数字。
        [:alpha:]：字母。
        [:digit:]：数字（等同于\d）。
        [:lower:]：小写字母。
        [:upper:]：大写字母。
        [:space:]：空白字符（等同于\s）。
        [:punct:]：标点符号。
        [:xdigit:]：十六进制数字（0-9、A-F、a-f）。
    转义字符：
        \（反斜杠）用于转义特殊字符，使其失去特殊意义，如 \\ 匹配反斜杠本身，\. 匹配句点。
    分组与捕获：
        (pattern)：将 pattern 分为一个子表达式或捕获组，可以用于重复、后向引用、条件匹配等。
        (?Ppattern)：命名捕获组，为捕获组赋予名称，便于后续引用。
    非捕获组：
        (?:pattern)：不捕获匹配结果，只用于分组逻辑，不影响捕获组编号。
    后向引用：
        \number 或 (?P=name)：引用先前定义的捕获组内容，number 是捕获组编号，name 是命名捕获组的名称。
    零宽断言（Lookaround）：
        (?=pattern)：正向先行断言，要求pattern出现在当前位置之后，但不计入匹配结果。
        (?!pattern)：负向先行断言，要求pattern不出现于当前位置之后。
        (?<=pattern)：正向后发断言，要求pattern出现在当前位置之前，但不计入匹配结果。
        (?(pattern))）：防止回溯影响到组内的匹配。
        注释（如 (?#comment)）：在正则表达式中添加注释。
    使用正则表达式的常见操作：
        匹配验证：检查字符串是否符合某个模式。
        搜索：在文本中查找符合模式的所有子串。
        替换：将符合模式的子串替换为另一字符串。
        提取：从文本中提取符合模式的部分，通常与捕获组配合使用。
    注意事项：
        正则表达式的行为可能因不同的编程语言或库而有所不同，应参考相关文档了解具体实现细节。
        正则表达式引擎通常支持多种匹配模式，如贪婪匹配（默认）、懒惰匹配（使用量词后加 ?，如 *?, +?, {n,m}?）等。
        掌握这些规则后，您可以构造出复杂而精确的模式，用于处理各种文本数据问题。


"""
import calendar
import cmath
import datetime
import math
import random
import re
import time
from collections import deque
from functools import reduce


class Example:

    def hello_wolrd(self):
        """
        # >>> print("hello world!")
        hello world!

        """
        return 'hello world!'

    def sum_num(self, *keys):
        """
        求和
        # >>> print(sum(keys))
        """
        return sum(keys)

    def square_root(self, num):
        """
        平方根
        # >>> print(math.sqrt(num))
        """
        return math.sqrt(num)

    def quadratic_equation(self, equation):
        """
        求二次方程
        # >>> print(x.quadratic_equation())
        """
        # 两种解法
        # 1.
        y = equation.split(' ')
        a, b, c = y[0], y[2], y[4]
        a = float(1 if a.split('x^2')[0] == '' else a.split('x^2')[0])
        b = float(1 if b.split('x')[0] == '' else b.split('x')[0])
        c = float(c.split('=')[0])
        x1 = (-b + cmath.sqrt(b ** 2 - 4 * a * c)) / (2 * a)
        x2 = (-b - cmath.sqrt(b ** 2 - 4 * a * c)) / (2 * a)
        # ，format()方法用于将x1和x2的值分别插入到字符串中对应的占位符{0}和{1}处。占位符的序号（0和1）对应于format()方法括号内传入的变量顺序
        print("结果 {0}，和 {1}".format(x1, x2))

    def triangle_area(self, a, h):
        """
        求三角形面积
            a : 底长
            h：高
        """
        return a * h / 2

    def triangle_area_s(self, a, b, c):
        """
        求三角形面积  :  通过半周长求面积
            a : 左边长
            b: 有变长
            c: 底边长
        """
        # 计算半周长
        h = (a + b + c) / 2
        return math.sqrt(h * (h - a) * (h - b) * (h - c))

    def circle_area(self, r):
        """
        求圆面积
            r : 半径
        """
        return math.pi * r ** 2

    def ramdom_num(self, n):
        """
        随机数
            n : 截止数
        """
        # random.randint(a, b) 用于返回一个介于 a 和 b 之间的整数（包括 a 和 b）
        return random.randint(1, n)

    def celsius_fahrenheit_temperature(self, fahrenheit_temperature):
        """
        华氏温度转摄氏温度
            fahrenheit_temperature :华氏温度
        """
        # 摄氏温度 = (华氏温度 - 32) * 5 / 9
        return (fahrenheit_temperature - 32) * 5 / 9

    def fahrenheit_celsius_temperature(self, celsius_temperature):
        """
        摄氏温度转华氏温度
            celsius_temperature :摄氏温度
        """
        # 华氏温度 = 摄氏温度 * 9 / 5 +32
        return celsius_temperature * 9 / 5 + 32

    def exchange_variable(self):
        """
        交换两个变量的值
        """
        a = 1
        b = 2
        print("交换前：a =", a, "b =", b)
        a, b = b, a
        print("交换后：a =", a, "b =", b)

    def if_statement(self):
        """
        if语句
        """
        a = 1
        b = 2
        if a > b:
            print("a > b")
        elif a < b:
            print("a < b")

    def determain_str_is_num(self, string):
        """
        判断字符串是否为数字
        """
        if string.isdigit():
            return True
        else:
            return False

    def determain_ood_even_num(self, num):
        """
        判断数字是否为奇数、偶数
        """
        if num % 2 == 0:
            return "偶数"
        else:
            return "奇数"

    def determine_leap_year(self, year):
        """
        判断是否为闰年
            普通闰年：可以被4整除，但不能被100整除
            实际闰年：必须被400整除
        """
        if year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or year % 400 == 0:
            return "闰年"
        else:
            return "平年"

    def determine_max_value(self, *keys):
        """
        求最大值
            keys : 传入的数字
        """
        return max(keys)

    def determine_prime(self, num):
        """
        判断质数（素数），质数必须大于1，即1既不是质数也不是合数
            num: 输入的数字
        """
        if num <= 1:
            return "不是质数"
        for i in range(2, num):
            if num % i == 0:
                return "不是质数"
        #  必须全部循环完，才算质数
        return "是质数"

    def out_prime_num(self, num):
        """
        输出所有小于或等于n的素数。
            num : 指定范围的数字
        """
        prime_lst = []
        if num < 2:
            return "不是素数"
        for i in range(2, num):
            flag = True
            for j in range(2, i):
                if i % j == 0:
                    flag = False
                    break
                else:
                    continue

            if flag is False:
                print(i, "不是素数")
            else:
                print(i, "是素数")
                prime_lst.append(i)
        return prime_lst

    def out_prime_num_new(self, num):
        """
        输出所有小于或等于n的素数。
            num : 指定范围的数字
        """
        prime_lst = []
        for i in range(2, num):
            for j in range(2, i):
                if i % j == 0:
                    break
            # 当循环执行完毕（即遍历完 iterable 中的所有元素）后，会执行 else 子句中的代码，如果在循环过程中遇到了 break 语句，则会中断循环，此时不会执行 else 子句。
            else:
                prime_lst.append(i)
        return prime_lst

    def factorial(self, n):
        """
        阶乘
        """
        if n < 0:
            return "n 必须大于 0"
        elif n == 0:
            return 1
        else:
            return n * self.factorial(n - 1)

    def multiplication_table(self):
        """
            九九乘法表
        """
        for i in range(1, 10):
            for j in range(1, i + 1):
                print('%d*%d=%d' % (j, i, i * j), end='\t')
            print()

    def fibonacci(self, n):
        """
        斐波那契数列
        """
        a, b = 0, 1
        while True:
            # print(a, end=' ')
            yield a
            # print(a)
            # print(a, end=' ')
            a, b = b, a + b
            if a > n:
                break

    def armstrong_number(self, number):
        """
        检查一个数是否为阿姆斯特朗数。

        参数:
            number (int): 待检查的正整数。
        返回值:
            bool: 如果是阿姆斯特朗数，返回True；否则返回False。
        """
        if number < 0:
            return "n 必须大于 0"
        elif number == 0:
            return 0
        else:
            # 将数字转换为字符串，便于获取各个位上的数字
            digits = [int(digit) for digit in str(number)]
            # 计算数字的位数
            num_digits = len(digits)

            # 计算各位数字的幂之和
            sum_of_powers = sum(digit ** num_digits for digit in digits)

            # 检查是否等于原数
            return sum_of_powers == number

    def decimal_conversion(self, n):
        """
        将十进制数转换为二进制数,八进制、16进制
        参数：
            n(int)：转换的数字
        返回值：
            转换后的值
        """
        return bin(n) + " " + oct(n) + " " + hex(n)

    def asxii_character(self, n):
        """
        将十进制数转换为ASCII字符
        参数：
            n(int)：转换的数字
        返回值：
            转换后的值
        """
        if str(n).isdigit() and 0 <= n <= 255:
            return chr(n)
        if str(n).isalpha():
            return ord(n)

    def maximum_common_divisor(self, n, m):
        """
        最大公约数：欧几里得算法（辗转相除法）：（1，最小的数）
        参数：
            n,m(int)：数字
        """
        if n <= 0 or m <= 0:
            return "n,m 必须大于 0"
        else:
            while m != 0:
                # 欧几里得算法
                n, m = m, n % m
            return n

    def minimum_common_multiple(self, n, m):
        """
        最小公倍数：
            计算最小公倍数常常与最大公约数（GCD）结合使用，因为两者之间存在密切关系;
        对于任意两个非零整数 a 和 b，它们的最小公倍数 LCM(a, b) 可以通过它们的最大公约数 GCD(a, b) 以及它们的乘积来确定，遵循以下公式：
        [ LCM(a, b) = \frac{|a \times b|}{GCD(a, b)} ]
        其中 |a \times b| 表示 a 和 b 乘积的绝对值。这个公式表明，一旦知道了两个数的最大公约数，就可以快速计算它们的最小公倍数，而无需列举所有共同倍数。
        """
        return abs(n * m) // math.gcd(n, m)

    def simple_calculator(self, num1, num2, operator):
        """
        简单的计算器
        """
        while True:
            try:
                # num1 = float(input("请输入第一个数字："))
                # num2 = float(input("请输入第二个数字："))
                # operator = input("请输入运算符（+、-、*、/）：")
                if operator == '+':
                    result = num1 + num2
                elif operator == '-':
                    result = num1 - num2
                elif operator == '*':
                    result = num1 * num2
                elif operator == '/':
                    result = num1 / num2
                else:
                    print("输入有误，请重新输入")
                    continue
                return result
            except:
                print("输入有误，请重新输入")
                continue

    def generate_calendar(self, year, month):
        """
        生成日历
        """
        # 生成日历并打印
        print(calendar.month(year, month))

    def recursive_fibonacci(self, n):
        """
        递归求斐波那契数列
            斐波那契数列定义如下：
                F(0) = 0
                F(1) = 1
                F(n) = F(n-1) + F(n-2)   （n >= 2）
        """
        if n < 0:
            return "n 必须大于 0"
        elif n == 0:
            return 0
        elif n == 1:
            return 1
        else:
            return self.recursive_fibonacci(n - 1) + self.recursive_fibonacci(n - 2)

    def file_io(self):
        """
        文件读写
        """
        with open('test.txt', 'wt') as f:
            f.write('Hello, World!')

        # 读取文件
        with open('test.txt', 'rt') as f:
            content = f.read()
            print(content)

    def sty_operation(self):
        """
        字符串操作
        """
        # 测试实例一
        print("测试实例一")
        str = "runoob.com"
        print(str.isalnum())  # 判断所有字符都是数字或者字母
        print(str.isalpha())  # 判断所有字符都是字母
        print(str.isdigit())  # 判断所有字符都是数字
        print(str.islower())  # 判断所有字符都是小写
        print(str.isupper())  # 判断所有字符都是大写
        print(str.istitle())  # 判断所有单词都是首字母大写，像标题
        print(str.isspace())  # 判断所有字符都是空白字符、\t、\n、\r

        print("------------------------")

        # 测试实例二
        print("测试实例二")
        str = "runoob"
        print(str.isalnum())
        print(str.isalpha())
        print(str.isdigit())
        print(str.islower())
        print(str.isupper())
        print(str.istitle())
        print(str.isspace())

    def str_upper_lower(self):
        """
        字符串大小写转换
        """
        str = "www.runoob.com"
        print(str.upper())  # 转大写
        print(str.lower())  # 转小写
        print(str.swapcase())  # 大写转小写，小写转大写
        print(str.title())  # 将第一个单词首字母大写
        print(str.capitalize())  # 将每一个单词首字母大写

    def calculate_month_days(self, year, month):
        """
        计算月份天数
        """
        if month in [1, 3, 5, 7, 8, 10, 12]:
            return 31
        elif month in [4, 6, 9, 11]:
            return 30
        elif month == 2:
            if (year % 4 == 0 and year % 100 != 0) or year % 400 == 0:
                return 29
            else:
                return 28
        else:
            return "输入的月份有误"

    def get_yestarday_date(self):
        """
        获取昨天的日期
        """
        yesterday = datetime.date.today() - datetime.timedelta(days=1)
        return yesterday

    def list_operation(self):
        """
        列表操作
        """
        list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
        list2 = [6, 7, 8, 9, 10]
        list3 = list1 + list2
        print(list3)
        list3.append(11)
        print(list3)
        list3.insert(0, 0)
        print(list3)
        list3.remove(0)
        print(list3)
        list3.pop()
        print(list3)
        list3.reverse()
        print(list3)
        list3.sort()

    def josephus_survivor(self, n: int, m: int, start_person: int = 0) -> int:
        """
        计算约瑟夫生者死者游戏中存活者的编号。

        游戏规则：
            假设有 n 个人站成一个圈。
            从某个指定的人开始（编号为1或0），按照顺时针或逆时针方向从1开始报数。
            每当报到某个特定的数（如 m），报该数的人被淘汰（离开圈子）。
            然后从被淘汰人的下一个顺（逆）时针的人继续报数，依此类推。
            游戏继续进行，直到只剩下最后一个人，这个人即为“生者”。

        参数:
            n (int): 总人数。
            m (int): 报数间隔（报到m的人被淘汰）。
            start_person (int): 开始报数的人员编号，默认为0（从第一个人开始）。

        返回值:
            int: 存活者的编号。
        """

        def josephus_step(people: list[int], start_person) -> int:
            if len(people) == 1:
                return people[0]
            index = (start_person + m - 1) % len(people)
            eliminated = people.pop(index)
            # if len(people) == 15:
            #     # 打印当前剩余的人
            #     print(people)
            #     return
            return josephus_step(people, index)

        people = list(range(n))
        # 创建一个列表，代表人的编号
        # people = list(range(1, n + 1))
        return josephus_step(people, start_person)

    def people_divide_fish(self):
        """
        五人分鱼,求至少捕多少鱼
        """
        fish = 1
        while True:
            total, enough = fish, True
            for _ in range(5):
                if (total - 1) % 5 == 0:
                    total = (total - 1) // 5 * 4
                else:
                    enough = False
                    break
            if enough:
                print(f'总共有{fish}条鱼')
                break
            fish += 1

        return fish

    def five_people_divide_fish(self):
        """
        五人分鱼,求至少捕多少鱼
        """
        # 从E开始逆向推算
        e_fish_count = 1
        for _ in range(4):  # 逆向经过A、B、C、D
            e_fish_count = (e_fish_count + 1) * 4 - 1

        return e_fish_count

    def impl_stopwatch(self):
        """
        实现一个计时器
        """
        import time
        start_time = time.time()
        time.sleep(5)
        end_time = time.time()
        print("程序运行时间：", end_time - start_time, "秒")

    def cube_sum(self, *keys):
        """
        立方和
        """
        return sum(key ** 3 for key in keys)

    def sum_array(self, arr):
        """
        求数组的和
        """
        return sum(arr)

    def array_flip(self, arr, num_to_move):
        """
        将数组中指定个数的元素翻转并移动到数组的尾部。

        参数:
            arr (list): 输入的整型数组。
            num_to_move (int): 指定要翻转并移动的元素个数。

        返回:
            list: 处理后的数组。
        """
        if num_to_move <= 0 or num_to_move > len(arr):
            raise ValueError("num_to_move 必须是正整数且不超过数组长度")

        # 翻转指定个数的元素
        reversed_subarray = arr[:num_to_move][::-1]

        # 移除已翻转的元素
        arr = arr[num_to_move:]

        # 将翻转后的子数组添加到原数组尾部
        arr.extend(reversed_subarray)

        return arr

    def array_swap_last_two_elements(self, arr):
        """
            将列表中的头尾两个元素对调。//将列表中的指定位置的两个元素对调

            参数:
                arr (list): 输入的列表。
            返回:
                list: 头尾元素对调后的列表。
            """
        if len(arr) < 2:
            return arr  # 如果列表只有一个元素或为空，则无需交换，直接返回原列表

        # 交换头尾元素
        arr[0], arr[-1] = arr[-1], arr[0]

        return arr

    def reverse_array(self, arr):
        """
        反转列表//判断元素是否在列表中存在
        """
        print(4 in arr)
        return arr[::-1]

    def remove_duplicates(self, arr):
        """
        移除列表中的重复元素
        """
        return list(set(arr))

    def copy_list(self, arr):
        """
        copy 列表
        """
        return arr.copy()

    def caculate_element_time(self, arr, n):
        """
        计算元素出现的次数
        """

    def caculate_element_sum(self, arr):
        """
        计算列表中每个元素的和
        """
        return sum(arr)

    def caculate_element_multiplier(self, arr):
        """
        计算列表中每个元素的乘积、最大、最小
        """
        print("最小元素", min(arr))
        print("最大元素", max(arr))
        return reduce(lambda x, y: x * y, arr)

    def str_operation(self):
        """
        字符串操作：
            移除字符串中的指定位置字符
            判断字符串是否存在子字符串
            判断字符串长度
        """
        print("字符串长度：", len("Hello, World!"))
        print("字符串反转：", "Hello, World!"[::-1])
        print("字符串替换：", "Hello, World!".replace("World", "Python"))
        print("字符串分割：", "Hello, World!".split(","))
        print("字符串连接：", "Hello, " + "World!")
        print("字符串查找：", "Hello, World!".find("World"))
        print("字符串切片：", "Hello, World!"[6:12])
        print("字符串大写：", "Hello, World!".upper())
        print("字符串小写：", "Hello, World!".lower())
        print("字符串首字母大写：", "Hello, World!".capitalize())
        print("移除字符串中的指定位置字符", "Hello, World!"[0:-1])
        print("判断字符串是否存在子字符串", "hello" in "Hello, World!")

    def re_str(self, string):
        """
        正则表达式
        """
        # findall() 查找匹配正则表达式的字符串
        """
        https? : http 或者 https
        (?:[-\w.]|(?:%[\da-fA-F]{2}))+
            ?:[-\w.]   : 分组捕获， 匹配字母、数字或下划线
            ?:%[\da-fA-F]{2}   :
        """
        url = re.findall('https?://(?:[-\w.]|(?:%[\da-fA-F]{2}))+', string)
        return url

    def str_code(self, string):
        """
        字符串作为代码执行
        """
        exec(string)

    def oper_dict(self):
        """
        字典操作
        """
        d = {'name': 'John', 'age': 25, 'city': 'New York'}
        m = {'addr': 'xian', 'temp': "35℃"}
        print("字典长度：", len(d))
        print("字典键值对：", d.items())
        print("字典键：", d.keys())
        print("字典值：", d.values())
        print("字典键是否存在：", 'name' in d)
        print("字典键不存在：", 'country' not in d)
        print("字典键值对：", d.get('name'))
        # 针对key排序
        sorted(d.items())
        print("字典键值对排序：", d)
        d.update(m)
        print("合并字典：", d)
        # 求值的和
        # print("计算字典之和：", d.sum())
        print("删除字典键值对：", d.pop('name'))

    def date_oper(self):
        """
        日期操作
        """
        print("当前日期：", datetime.datetime.now())
        print("当前日期：", datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))
        print("当前日期：", datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d"))
        print("时间戳：", time.mktime(datetime.datetime.now().timetuple()))
        # 获取几天前的时间
        print("几天前的时间：", datetime.datetime.now() - datetime.timedelta(days=3))
        # 将时间戳转换为指定格式日期
        print("时间戳转换为指定格式日期：",
              datetime.datetime.fromtimestamp(time.mktime(datetime.datetime.now().timetuple())))

    def binary_search(self, arr, target):
        """
        二分查找:
            二分查找的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 是数组的长度。由于每次迭代都将搜索区间缩小一半，因此对于大规模数据，二分查找比线性查找（O(n)）更为高效。请注意，二分查找的前提是数据已经排序。如果数据未排序，需要先进行排序操作，这将增加额外的时间复杂度。
        """
        left = 0
        right = len(arr) - 1
        while left <= right:
            mid = (left + right) // 2
            if arr[mid] == target:
                # 找到目标值，返回其索引
                return mid
            elif arr[mid] < target:
                # 目标值可能在右侧子数组，更新左边界
                left = mid + 1
            else:
                # 目标值可能在左侧子数组，更新右边界
                right = mid - 1
            print("没有找到目标值")
        return -1  # 目标值可能在左侧子数组，更新右边界

    def linear_search(self, arr, target):
        """
        线性查找
        """
        for i in range(len(arr)):
            if arr[i] == target:
                return i
        return -1

    def insertion_sort(self, arr):
        """
        插入排序:
            插入排序（英语：Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。
        """
        for i in range(1, len(arr)):
            # 取出第 i 个元素作为 key
            key = arr[i]
            # 设置已排序序列的最后一个元素的索引
            j = i - 1
            while j >= 0 and arr[j] > key:  # 当 key 小于当前元素且未越界时
                # 将当前元素向后移动一位
                arr[j + 1] = arr[j]
                # 更新当前元素的索引
                j -= 1
            # 在找到的合适位置插入 key
            arr[j + 1] = key

        return arr

    def quick_sort(self, arr):
        """
        快速排序:
            快速排序（英语：Quicksort）是一种排序算法，由东尼·霍尔所创建。在平均状况下，排序n个项目要 Ο(n log n)次比较。在最坏状况下则需要 Ο(n2)次比较，但这种状况并不常见。事实上，快速排序通常明显比其他 Ο(n log n) 算法更快，因为它的内部循环（inner loop）可以在大部分的架构上很有效率地被实现出来。
        快速排序（Quick Sort）是一种高效的排序算法，基于分治（Divide and Conquer）策略。其主要思想是选择一个基准元素（pivot），将数组分为两部分：一部分包含所有比基准小的元素，另一部分包含所有比基准大的元素。然后对这两部分递归地应用快速排序，最终得到有序数组。以下是快速排序的基本步骤及 Python 代码实现：
        快速排序算法描述：
            选择基准：选择一个基准元素（通常为数组的中间元素或随机元素）。
            分区（Partition）：重新排列数组，使得基准元素左边的所有元素都不大于它，右边的所有元素都不小于它。在此过程中，记录基准元素最终所在的位置（即正确排序后的位置）。
            递归排序：对基准元素左边和右边的两个子数组分别进行快速排序。
        """
        if len(arr) <= 1:
            return arr

        pivot = arr[len(arr) // 2]
        # 创建两个列表，分别存储小于 pivot 的元素和大于 pivot 的元素
        less = [x for x in arr if x < pivot]
        greater = [x for x in arr if x > pivot]
        return self.quick_sort(less) + [pivot] + self.quick_sort(greater)

    def selection_sort(self, arr):
        """
        选择排序:
            选择排序（英语：Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部元素排序完毕。
        """
        for i in range(len(arr)):
            # 找到最小值的索引
            min_index = i
            for j in range(i + 1, len(arr)):
                if arr[j] < arr[min_index]:
                    min_index = j
            # 将最小值交换到当前位置
            arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]

        return arr

    def bubble_sort(self, arr):
        """
        冒泡排序:
            冒泡排序（英语：Bubble sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。
        """
        for i in range(len(arr)):
            for j in range(len(arr) - i - 1):
                if arr[j] > arr[j + 1]:
                    arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]

        return arr

    def merge_sort(self, arr):
        """
        归并排序:
            归并排序（英语：Merge sort）是采用分治法（Divide and conquer）的一个排序算法。该算法是采用分治法来对数组进行排序。将数组分为左右两部分，递归排序，然后合并两个排序的子数组。
        """
        if len(arr) <= 1:
            return arr
        mid = len(arr) // 2
        left = self.merge_sort(arr[:mid])
        right = self.merge_sort(arr[mid:])
        return self.merge(left, right)

    def merge(self, left, right):
        merged = []
        i = j = 0
        while i < len(left) and j < len(right):
            if left[i] < right[j]:
                merged.append(left[i])
                i += 1
            else:
                merged.append(right[j])
                j += 1
        merged.extend(left[i:])
        merged.extend(right[j:])
        return merged

    def heapify(self, arr, n, i):
        largest = i
        l = 2 * i + 1  # left = 2*i + 1
        r = 2 * i + 2  # right = 2*i + 2

        if l < n and arr[i] < arr[l]:
            largest = l

        if r < n and arr[largest] < arr[r]:
            largest = r

        if largest != i:
            arr[i], arr[largest] = arr[largest], arr[i]  # 交换
            self.heapify(arr, n, largest)

    def heap_sort(self, arr):
        """
        堆排序：
            堆排序（Heapsort）是指利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。堆积是一个近似完全二叉树的结构，并同时满足堆积的性质：即子结点的键值或索引总是小于（或者大于）它的父节点。堆排序可以说是一种利用堆的概念来排序的选择排序。
        """
        n = len(arr)

        # 构建最大堆
        for i in range(n, -1, -1):
            self.heapify(arr, n, i)

        # 交换堆顶元素与末尾元素并调整堆
        for i in range(n - 1, 0, -1):
            arr[i], arr[0] = arr[0], arr[i]  # 交换堆顶元素与末尾元素
            self.heapify(arr, i, 0)  # 调整堆

        return arr

    def counting_sort(self, arr, exp):
        """
        辅助函数：计数排序（Counting Sort），用于对某一位进行排序。
        arr: 待排序数组
        exp: 当前处理的位数（指数）
        """
        n = len(arr)
        output = [0] * n
        count = [0] * 10  # 基数为10，创建10个计数器

        # 统计每个数字出现的次数
        for i in range(n):
            index = arr[i] // exp % 10
            count[index] += 1

        # 计算累计次数
        for i in range(1, 10):
            count[i] += count[i - 1]

        # 逆序填充输出数组
        for i in range(n - 1, -1, -1):
            index = arr[i] // exp % 10
            count[index] -= 1
            output[count[index]] = arr[i]

        return output

    def radix_sort(self, arr):
        """
        计数排序:
            计数排序（Counting sort）是一种非比较型整数排序算法，其思路是：遍历输入数据，将输入数据的每个元素出现的次数计算出来，最后将计数数组中的值依次累加，得出每个元素在排序后的位置。
        """
        max_val = max(arr)
        exp = 1

        while max_val // exp > 0:
            arr = self.counting_sort(arr, exp)
            exp *= 10

        return arr

    def shell_sort(self, arr):
        """
        希尔排序:
            希尔排序（Shell sort）是插入排序的一种。希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至1时，整个文件恰被分成一组，算法便终止。
        """
        n = len(arr)
        gap = n // 2  # 初始增量

        # 使用 Hibbard 序列作为增量
        while gap > 0:
            for i in range(gap, n):
                current = arr[i]
                j = i

                # 插入排序：将当前元素与前面的已排序元素进行比较和交换
                while j >= gap and arr[j - gap] > current:
                    arr[j] = arr[j - gap]
                    j -= gap

                arr[j] = current  # 将当前元素插入到正确位置

            gap //= 2  # 减小增量

        return arr

    def topological_sort(self, graph):

        """
        拓扑排序
        graph: 以邻接表形式表示的有向图，形如 {节点: [邻接节点]}
        """
        sorted_nodes = []
        in_degree = {node: 0 for node in graph}

        for node, neighbors in graph.items():
            for neighbor in neighbors:
                in_degree[neighbor] += 1

        queue = deque([node for node, degree in in_degree.items() if degree == 0])

        while queue:
            node = queue.popleft()
            sorted_nodes.append(node)

            for neighbor in graph[node]:
                in_degree[neighbor] -= 1
                if in_degree[neighbor] == 0:
                    queue.append(neighbor)

        return sorted_nodes if len(sorted_nodes) == len(graph) else None


if __name__ == '__main__':
    x = Example()
    print(x.hello_wolrd())
    print(x.sum_num(1, 2, 3, 4, 5))
    print(x.square_root(9))
    x.quadratic_equation('x^2 + 3x + 2 = 0')
    print("已知 底边长和高，求三角形的的面积：", x.triangle_area(3, 4))

    print("已知 三边长，求三角形的的面积：", x.triangle_area_s(3, 4, 5))
    # 推荐使用更现代且易读的f-string格式化方式：
    print(f"已知半径 {3}，求圆的面积：{x.circle_area(3)}")
    print("随机数：", x.ramdom_num(10))
    print("华氏温度转摄氏温度：", x.celsius_fahrenheit_temperature(100))
    print("摄氏温度转华氏温度：", x.fahrenheit_celsius_temperature(38))
    x.exchange_variable()
    x.if_statement()
    print("是否为数字：", x.determain_str_is_num('123'))
    print("是否为数字：", x.determain_str_is_num('aaa'))
    print("是否为奇数：", x.determain_ood_even_num(1))
    print("判断是否为闰年：", x.determine_leap_year(2024))
    print("最大值是：", x.determine_max_value(1, 2, 3, 7, 3, 7, 34, 8, 34, 123, 4356, 223344, 11, 67842))
    print("16是否为质数：", x.determine_prime(16))
    print("其中素数是：", x.out_prime_num(17))
    print("其中素数是：", x.out_prime_num_new(17))
    print("阶乘：", x.factorial(5))
    x.multiplication_table()
    print("*" * 50)
    # x.fibonacci(100)  # 这个不使用yield

    # 这个使用yield，所以必须要用for循环，进行迭代：，fibonacci函数使用yield关键字定义了一个生成器
    for i in x.fibonacci(100):
        print(i, end=' ')
    print("*" * 50)
    print("阿姆斯特朗数", x.armstrong_number(153))
    for i in range(1, 10000):
        if x.armstrong_number(i):
            print(i, end=" ")
    print("*" * 50)
    print(i for i in range(1, 10000) if x.armstrong_number(i))
    print("进制转换：", x.decimal_conversion(10))
    print("ASCII转字符：", x.asxii_character('A'))
    print("最大公约数：", x.maximum_common_divisor(8, 12), math.gcd(8, 12))
    print("最小公倍数：", x.minimum_common_multiple(8, 12), math.lcm(8, 12))
    print("计算器：", x.simple_calculator(4, 5, '+'))
    print("生成日历：", x.generate_calendar(2023, 5))
    # print("递归求斐波那契数列：", x.recursive_fibonacci(10))
    # 示例：计算斐波那契数列的前几项
    for i in range(10):
        print(x.recursive_fibonacci(i))
    print("文件读写：", x.file_io())
    print("字符串操作：", x.sty_operation())
    print("字符串大小写转换：", x.str_upper_lower())
    print("计算月份天数：", x.calculate_month_days(2023, 5), calendar.monthrange(2023, 5))
    print("获取昨天的日期：", x.get_yestarday_date())
    print("列表操作：", x.list_operation())
    print("计算约瑟夫生者死者游戏中存活者的编号：", x.josephus_survivor(50, 6))
    print("五人分鱼：", x.people_divide_fish())
    print("五人分鱼：", x.five_people_divide_fish())  # 这块有疑问
    x.impl_stopwatch()
    print("立方和：", x.cube_sum(1, 2, 3, 4, 5))
    print("求数组的和：", x.sum_array([1, 2, 3, 4, 5]))
    print("将数组中指定个数的元素翻转并移动到数组的尾部：", x.array_flip([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], 2))
    print("将列表中的头尾两个元素对调：", x.array_swap_last_two_elements([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("反转列表：", x.reverse_array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("清空列表：", [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].clear())
    print("移除列表中的重复元素：", x.remove_duplicates([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("copy 列表：", x.copy_list([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("计算元素出现的次数：", x.caculate_element_time([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], 1))
    print("计算列表中每个元素的和：", x.caculate_element_sum([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("计算列表中每个元素的乘积：", x.caculate_element_multiplier([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("字符串操作：", x.str_operation())
    print("正则表达式：",
          x.re_str("Runoob 的网页地址为：https://www.runoob.com，Google 的网页地址为：https://www.google.com"))
    print("字符串作为代码执行：", x.str_code("print('Hello, World!')"))
    print("字典操作：", x.oper_dict())
    print("日期操作：", x.date_oper())
    print("二分查找", x.binary_search([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], 5))
    sorted_array = [1, 12, 3, 5, 8, 10, 13, 15, 17]
    target = 12
    sorted_array.sort()  # 不排序找不到
    print("二分查找,未排序数组", x.binary_search(sorted_array, target))  # 不排序找不到
    print("线性查找", x.linear_search([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], 5))
    print("插入排序", x.insertion_sort([5, 6, 7, 3, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("快速排序", x.quick_sort([5, 6, 7, 3, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("选择排序", x.selection_sort([5, 6, 7, 3, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("冒泡排序", x.bubble_sort([8, 6, 4, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("归并排序", x.merge_sort([8, 6, 4, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("堆排序", x.heap_sort([8, 6, 4, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("计数排序", x.radix_sort([8, 6, 4, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    print("希尔排序", x.shell_sort([8, 6, 4, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]))
    graph = {
        'A': ['B', 'C'],
        'B': ['D', 'E'],
        'C': ['F'],
        'D': [],
        'E': ['F'],
        'F': []
    }
    print("拓扑排序", x.topological_sort(graph))

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