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Co-authored-by: krahets <krahets@163.com>

ja/codes/python/chapter_array_and_linkedlist/array.py

@@ -0,0 +1,100 @@
+"""
+File: array.py
+Created Time: 2022-11-25
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+import random
+
+
+def random_access(nums: list[int]) -> int:
+    """要素へのランダムアクセス"""
+    # 区間 [0, len(nums)-1] から数値をランダムに選択
+    random_index = random.randint(0, len(nums) - 1)
+    # ランダムな要素を取得して返す
+    random_num = nums[random_index]
+    return random_num
+
+
+# PythonのlistはextendできるDynamic Arrayであることに注意
+# 学習を容易にするため、この関数ではlistをStatic Arrayとして扱う
+def extend(nums: list[int], enlarge: int) -> list[int]:
+    """配列の長さを拡張"""
+    # 拡張された長さの配列を初期化
+    res = [0] * (len(nums) + enlarge)
+    # 元の配列のすべての要素を新しい配列にコピー
+    for i in range(len(nums)):
+        res[i] = nums[i]
+    # 拡張後の新しい配列を返す
+    return res
+
+
+def insert(nums: list[int], num: int, index: int):
+    """インデックス index に要素 num を挿入"""
+    # インデックス index より後のすべての要素を1つ後ろに移動
+    for i in range(len(nums) - 1, index, -1):
+        nums[i] = nums[i - 1]
+    # num を index の位置の要素に代入
+    nums[index] = num
+
+
+def remove(nums: list[int], index: int):
+    """インデックス index の要素を削除"""
+    # インデックス index より後のすべての要素を1つ前に移動
+    for i in range(index, len(nums) - 1):
+        nums[i] = nums[i + 1]
+
+
+def traverse(nums: list[int]):
+    """配列の走査"""
+    count = 0
+    # インデックスによる配列の走査
+    for i in range(len(nums)):
+        count += nums[i]
+    # 配列要素の走査
+    for num in nums:
+        count += num
+    # データのインデックスと要素の両方を走査
+    for i, num in enumerate(nums):
+        count += nums[i]
+        count += num
+
+
+def find(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """配列内の指定された要素を検索"""
+    for i in range(len(nums)):
+        if nums[i] == target:
+            return i
+    return -1
+
+
+"""Driver Code"""
+if __name__ == "__main__":
+    # 配列を初期化
+    arr = [0] * 5
+    print("配列 arr =", arr)
+    nums = [1, 3, 2, 5, 4]
+    print("配列 nums =", nums)
+
+    # ランダムアクセス
+    random_num: int = random_access(nums)
+    print("nums のランダムな要素を取得", random_num)
+
+    # 長さの拡張
+    nums: list[int] = extend(nums, 3)
+    print("配列の長さを 8 に拡張、結果は nums =", nums)
+
+    # 要素の挿入
+    insert(nums, 6, 3)
+    print("インデックス 3 に数値 6 を挿入、結果は nums =", nums)
+
+    # 要素の削除
+    remove(nums, 2)
+    print("インデックス 2 の要素を削除、結果は nums =", nums)
+
+    # 配列の走査
+    traverse(nums)
+
+    # 要素の検索
+    index: int = find(nums, 3)
+    print("nums で要素 3 を検索、結果は index =", index)

ja/codes/python/chapter_array_and_linkedlist/linked_list.py

@@ -0,0 +1,85 @@
+"""
+File: linked_list.py
+Created Time: 2022-11-25
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+import sys
+from pathlib import Path
+
+sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
+from modules import ListNode, print_linked_list
+
+
+def insert(n0: ListNode, P: ListNode):
+    """連結リストのノード n0 の後にノード P を挿入"""
+    n1 = n0.next
+    P.next = n1
+    n0.next = P
+
+
+def remove(n0: ListNode):
+    """連結リストのノード n0 の後の最初のノードを削除"""
+    if not n0.next:
+        return
+    # n0 -> P -> n1
+    P = n0.next
+    n1 = P.next
+    n0.next = n1
+
+
+def access(head: ListNode, index: int) -> ListNode | None:
+    """連結リストのインデックス index のノードにアクセス"""
+    for _ in range(index):
+        if not head:
+            return None
+        head = head.next
+    return head
+
+
+def find(head: ListNode, target: int) -> int:
+    """連結リストで値 target を持つ最初のノードを検索"""
+    index = 0
+    while head:
+        if head.val == target:
+            return index
+        head = head.next
+        index += 1
+    return -1
+
+
+"""Driver Code"""
+if __name__ == "__main__":
+    # 連結リストを初期化
+    # 各ノードを初期化
+    n0 = ListNode(1)
+    n1 = ListNode(3)
+    n2 = ListNode(2)
+    n3 = ListNode(5)
+    n4 = ListNode(4)
+    # ノード間の参照を構築
+    n0.next = n1
+    n1.next = n2
+    n2.next = n3
+    n3.next = n4
+    print("初期化された連結リスト")
+    print_linked_list(n0)
+
+    # ノードを挿入
+    p = ListNode(0)
+    insert(n0, p)
+    print("ノード挿入後の連結リスト")
+    print_linked_list(n0)
+
+    # ノードを削除
+    remove(n0)
+    print("ノード削除後の連結リスト")
+    print_linked_list(n0)
+
+    # ノードにアクセス
+    node: ListNode = access(n0, 3)
+    print("連結リストのインデックス 3 のノードの値 = {}".format(node.val))
+
+    # ノードを検索
+    index: int = find(n0, 2)
+    print("連結リストで値 2 を持つノードのインデックス = {}".format(index))

ja/codes/python/chapter_array_and_linkedlist/list.py

@@ -0,0 +1,56 @@
+"""
+File: list.py
+Created Time: 2022-11-25
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+"""Driver Code"""
+if __name__ == "__main__":
+    # リストを初期化
+    nums: list[int] = [1, 3, 2, 5, 4]
+    print("\nリスト nums =", nums)
+
+    # 要素にアクセス
+    x: int = nums[1]
+    print("\nインデックス 1 の要素にアクセス、結果は x =", x)
+
+    # 要素を更新
+    nums[1] = 0
+    print("\nインデックス 1 の要素を 0 に更新、結果は nums =", nums)
+
+    # リストをクリア
+    nums.clear()
+    print("\nリストをクリア後、nums =", nums)
+
+    # 末尾に要素を追加
+    nums.append(1)
+    nums.append(3)
+    nums.append(2)
+    nums.append(5)
+    nums.append(4)
+    print("\n要素を追加後、nums =", nums)
+
+    # 中間に要素を挿入
+    nums.insert(3, 6)
+    print("\nインデックス 3 に数値 6 を挿入、結果は nums =", nums)
+
+    # 要素を削除
+    nums.pop(3)
+    print("\nインデックス 3 の要素を削除、結果は nums =", nums)
+
+    # インデックスによるリストの走査
+    count = 0
+    for i in range(len(nums)):
+        count += nums[i]
+    # リスト要素の走査
+    for num in nums:
+        count += num
+
+    # 2つのリストを連結
+    nums1 = [6, 8, 7, 10, 9]
+    nums += nums1
+    print("\nリスト nums1 を nums に連結、結果は nums =", nums)
+
+    # リストをソート
+    nums.sort()
+    print("\nリストをソート後、nums =", nums)

ja/codes/python/chapter_array_and_linkedlist/my_list.py

@@ -0,0 +1,118 @@
+"""
+File: my_list.py
+Created Time: 2022-11-25
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+
+class MyList:
+    """リストクラス"""
+
+    def __init__(self):
+        """コンストラクタ"""
+        self._capacity: int = 10  # リストの容量
+        self._arr: list[int] = [0] * self._capacity  # 配列（リスト要素を格納）
+        self._size: int = 0  # リストの長さ（現在の要素数）
+        self._extend_ratio: int = 2  # 各リスト拡張の倍数
+
+    def size(self) -> int:
+        """リストの長さ（現在の要素数）を取得"""
+        return self._size
+
+    def capacity(self) -> int:
+        """リストの容量を取得"""
+        return self._capacity
+
+    def get(self, index: int) -> int:
+        """要素にアクセス"""
+        # インデックスが範囲外の場合、以下のように例外をスロー
+        if index < 0 or index >= self._size:
+            raise IndexError("Index out of bounds")
+        return self._arr[index]
+
+    def set(self, num: int, index: int):
+        """要素を更新"""
+        if index < 0 or index >= self._size:
+            raise IndexError("Index out of bounds")
+        self._arr[index] = num
+
+    def add(self, num: int):
+        """末尾に要素を追加"""
+        # 要素数が容量を超える場合、拡張メカニズムをトリガー
+        if self.size() == self.capacity():
+            self.extend_capacity()
+        self._arr[self._size] = num
+        self._size += 1
+
+    def insert(self, num: int, index: int):
+        """中間に要素を挿入"""
+        if index < 0 or index >= self._size:
+            raise IndexError("Index out of bounds")
+        # 要素数が容量を超える場合、拡張メカニズムをトリガー
+        if self._size == self.capacity():
+            self.extend_capacity()
+        # インデックス index より後のすべての要素を1つ後ろに移動
+        for j in range(self._size - 1, index - 1, -1):
+            self._arr[j + 1] = self._arr[j]
+        self._arr[index] = num
+        # 要素数を更新
+        self._size += 1
+
+    def remove(self, index: int) -> int:
+        """要素を削除"""
+        if index < 0 or index >= self._size:
+            raise IndexError("Index out of bounds")
+        num = self._arr[index]
+        # インデックス index より後のすべての要素を1つ前に移動
+        for j in range(index, self._size - 1):
+            self._arr[j] = self._arr[j + 1]
+        # 要素数を更新
+        self._size -= 1
+        # 削除された要素を返す
+        return num
+
+    def extend_capacity(self):
+        """リストを拡張"""
+        # 元の配列の _extend_ratio 倍の長さの新しい配列を作成し、元の配列を新しい配列にコピー
+        self._arr = self._arr + [0] * self.capacity() * (self._extend_ratio - 1)
+        # リストの容量を更新
+        self._capacity = len(self._arr)
+
+    def to_array(self) -> list[int]:
+        """有効な長さのリストを返す"""
+        return self._arr[: self._size]
+
+
+"""Driver Code"""
+if __name__ == "__main__":
+    # リストを初期化
+    nums = MyList()
+    # 末尾に要素を追加
+    nums.add(1)
+    nums.add(3)
+    nums.add(2)
+    nums.add(5)
+    nums.add(4)
+    print(f"リスト nums = {nums.to_array()} ，容量 = {nums.capacity()} ，長さ = {nums.size()}")
+
+    # 中間に要素を挿入
+    nums.insert(6, index=3)
+    print("インデックス 3 に数値 6 を挿入、結果は nums =", nums.to_array())
+
+    # 要素を削除
+    nums.remove(3)
+    print("インデックス 3 の要素を削除、結果は nums =", nums.to_array())
+
+    # 要素にアクセス
+    num = nums.get(1)
+    print("インデックス 1 の要素にアクセス、結果は num =", num)
+
+    # 要素を更新
+    nums.set(0, 1)
+    print("インデックス 1 の要素を 0 に更新、結果は nums =", nums.to_array())
+
+    # 拡張メカニズムのテスト
+    for i in range(10):
+        # i = 5 のとき、リストの長さがリストの容量を超え、この時点で拡張メカニズムがトリガーされる
+        nums.add(i)
+    print(f"拡張後、リスト {nums.to_array()} ，容量 = {nums.capacity()} ，長さ = {nums.size()}")