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Você está aqui: Python ::: Estruturas de Dados ::: Árvore Binária e Árvore Binária de Busca

Como percorrer uma árvore binária em Python usando o algorítmo depth-first search (DFS) de forma iterativa

Quantidade de visualizações: 187 vezes
Nesta dica mostrarei como podemos implementar o algorítmo da Busca em Profundidade (DFS, do inglês depth-first search) em Python de forma iterativa, ou seja, sem usar recursividade. Não farei a busca, mas sim o percurso, para que você entenda como a lógica dessa busca funciona.

Antes de iniciarmos, veja a árvore binária que vamos usar no exemplo:



Note que esta árvore possui seis nós. O nó 5 é o nó raiz, e possui como filhos os nós 4 e 9. O nó 4, por sua vez, possui apenas um filho, o nó 2, ou seja, o filho da esquerda. O nó 9 possui dois filhos: o nó 3 é o filho da esquerda e o nó 12 é o filho da direita. Os filhos da árvore binária que não possuem outros filhos são chamados de folhas.

Com a abordagem da busca em profundidade, começamos com o nó raiz e viajamos para baixo em uma única ramificação. Se o nó desejado for encontrado naquela ramificação, ótimo. Do contrário, continuamos subindo e pesquisando por nós não visitados. Esse tipo de busca também tem uma notação big O de O(n).

Vamos à implementação? Veja o código para a classe No, que representa um nó na árvore binária:

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# implementação da classe No
class No:
  # construtor da classe
  def __init__(self, valor):
    # o valor do nó
    self.valor = valor
    # o filho da esquerda
    self.esquerdo = None
    # o filho da direita
    self.direito = None

Veja agora o código completo para o exemplo. Note que usei uma implementação não-recursiva, na qual todos os nós expandidos recentemente são adicionados a uma pilha, para realizar a exploração. O uso da pilha permite o retrocesso (backtracking) de forma a reiniciarmos o percurso ou busca no próximo nó.

Para manter o código o mais simples possível, eu usei a classe List do Python, juntamente com seus métodos append() e pop() para simular a pilha. Usei também uma List para guardar os valores da árvore binária na ordem depth-first.

Eis o código:

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# implementação da classe No
class No:
  # construtor da classe
  def __init__(self, valor):
    # o valor do nó
    self.valor = valor
    # o filho da esquerda
    self.esquerdo = None
    # o filho da direita
    self.direito = None
  
# função principal do programa Python
def main():
  # vamos criar os nós da árvore
  cinco = No(5) # será a raiz da árvore
  quatro = No(4)
  nove = No(9)
  dois = No(2)
  tres = No(3)
  doze = No(12)
    
  # vamos fazer a ligação entre os nós
  cinco.esquerdo = quatro
  cinco.direito = nove
  quatro.esquerdo = dois
  nove.esquerdo = tres
  nove.direito = doze

  # agora já podemos efetuar o percurso depth-first
  valores = percurso_depth_first(cinco)
  print("Os valores na ordem Depth-First são: {0}".format(valores))
  
# função que permite realizar a pesquisa depth-first search (DFS)
def percurso_depth_first(no):
  # vamos usar uma List para retornar os elementos
  # na ordem Depth-First
  valores = list()
    
  # vamos criar uma nova instância de uma list para representar uma pilha
  pilha = list()
  # já vamos adicionar o primeiro nó recebido, que é a raiz
  pilha.append(no)
    
  # enquanto a pilha não estiver vazia
  while len(pilha) > 0:
    # vamos obter o elemento no topo da pilha
    atual = pilha.pop()
    # adicionamos este valor na List
    valores.append(atual.valor)

    # vamos colocar o filho direito na pilha
    if atual.direito != None:
      pilha.append(atual.direito)
      
    # vamos colocar o filho esquerdo na pilha
    if atual.esquerdo != None:
      pilha.append(atual.esquerdo)
    
  return valores # retorna os valores da árvore

if __name__== "__main__":
  main()

Ao executarmos este código Python nós teremos o seguinte resultado:

Os valores na ordem Depth-First são: [5, 4, 2, 9, 3, 12]

Compare estes valores com a imagem vista anteriormente para entender ainda melhor o percurso ou busca Depth-First.

Link para compartilhar na Internet ou com seus amigos:

Python ::: Dicas & Truques ::: Data e Hora

Como retornar o dia do mês em Python como um decimal no intervalo 01-31 usando strftime("%d")

Quantidade de visualizações: 8090 vezes
Como retornar o dia do mês em Python como um decimal no intervalo 01-31 usando strftime("%d")

Este exemplo mostra como usar a função strftime() e o sinalizador ("%d") para retornar o dia do mês a partir de um datetime. Observe que o dia do mês será retornado como um decimal no intervalo 01-31.

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from datetime import datetime

def main():
  # Obtém um datetime da data e hora atual
  hoje = datetime.today()

  # Exibe o dia do mês como um decimal
  print(hoje.strftime("O dia do mês é: %d"))

if __name__== "__main__":
  main()

Ao executar este código Python nós teremos o seguinte resultado:

O dia do mês é: 26


Python ::: Dicas & Truques ::: Lista (List)

Como adicionar itens ao final de uma lista de inteiros em Python usando a função append()

Quantidade de visualizações: 8529 vezes
O método append() é usado quando queremos adicionar um novo elemento no final de uma list Python. Esta função aceita qualquer tipo de elemento, ou seja, uma string, um number, um object, etc.

Veja um exemplo de seu uso no trecho de código a seguir:

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"""
  Este exemplo mostra como adicionar itens ao
  fim de uma lista de inteiros.
"""
def main():
  # cria uma lista vazia
  valores = []

  # início do laço for
  for i in range(1, 6):
    valor = int(input("Informe um inteiro: "))

    # insere o valor no final da lista
    valores.append(valor)

  # exibe os valores da lista
  print("Valores na lista:", valores, "\n")
    
if __name__== "__main__":
  main()

Ao executar este código Python nós teremos o seguinte resultado:

Informe um inteiro: 7
Informe um inteiro: 2
Informe um inteiro: 9
Informe um inteiro: 3
Informe um inteiro: 6
Valores na lista: [7, 2, 9, 3, 6]


Python ::: Desafios e Lista de Exercícios Resolvidos ::: Fenômenos dos Transportes, Hidráulica e Drenagem

Exercício Resolvido de Python - Como calcular Vazão Volumétrica, Vazão Mássica e Vazão em Peso usando Python - Python para Fenômenos dos Transportes e Hidráulica

Quantidade de visualizações: 49 vezes
Pergunta/Tarefa:

Uma torneira enche de água um tanque em 2 horas e 20 segundos. Determine a vazão em volume, em massa e em peso em unidades do SI. Considere que a densidade da água é igual a 1000 kg/m3 e g = 9,8 m/s2. Considere também que a capacidade do tanque é de 10 mil litros.

Sua saída deverá ser parecida com:

Informe a quantidade de horas: 2
Informe a quantidade de segundos: 20
Informe a capacidade do tanque (litros): 10000
Informe a densidade da água (kg/m3): 1000
Informe a força da gravidade (m/s2): 9.8

Total de segundos: 7220
Capacidade do tanque: 10.0 m3
Vazão Volumétrica: 0.0013850415512465374 m3/s
Vazão Mássica: 1.3850415512465375 kg/s
Vazão em Peso: 13.57340720221607 N/s
Resposta/Solução:

Para obter a Vazão Volumétrica, que representa a quantidade de volume que atravessa uma região em um determinado intervalo de tempo, nós vamos usar a seguinte fórmula:

\[Q_v = \frac{V}{T} \] Onde:

Qv = vazão volumétrica em metros cúbicos por segundo (m3/s);

V = o volume do fluido em metros cúbicos (m3);

T = o tempo em segundos (s).

Para obter a Vazão Mássica, que representa a quantidade de massa que atravessa uma região em um determinado intervalo de tempo, nós vamos usar a seguinte fórmula:

\[Q_m = \frac{M}{T} \] Onde:

Qm = vazão mássica em quilos por segundo (kg/s);

M = a massa do fluido em quilos (kg);

T = o tempo em segundos (s).

Para a Vazão em Peso nós só precisamos multiplicar a Vazão Mássica pelo peso da gravidade, ou seja, 9.8. Dessa forma, a Vazão em Peso é dada em N/s.

Obs.: No código eu mostro como converter horas em segundos e litros em m3.

Veja a resolução completa para o exercício em Python, comentada linha a linha:

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# método principal
def main():
  # vamos ler a quantidade de horas e segundos
  hora = int(input("Informe a quantidade de horas: "))
  segundos = int(input("Informe a quantidade de segundos: "))

  # agora vamos ler a capacidade do tanque em litros
  capacidade_tanque = int(input("Informe a capacidade do tanque (litros): "))

  # vamos ler a densidade da água
  densidade_agua = float(input("Informe a densidade da água (kg/m3): "))

  # vamos ler a força da gravidade
  gravidade = float(input("Informe a força da gravidade (m/s2): "))

  # vamos calcular o total de segundos
  segundos_hora = 3600
  total_segundos = (2 * segundos_hora) + segundos

  # vamos converter a capacidade do tanque de litros para m3
  volume = capacidade_tanque / 1000.0

  # vamos calcular a vazão volumétrica
  vazao_volumetrica = volume / total_segundos 

  # vamos calcular a vazão mássica
  vazao_massica = vazao_volumetrica * densidade_agua

    # vamos calcular a vazão em peso
  vazao_peso = vazao_massica * gravidade

  # e mostramos o resultado
  print("\nTotal de segundos: {0}".format(total_segundos))
  print("Capacidade do tanque: {0} m3".format(volume))  
  print("Vazão Volumétrica: {0} m3/s".format(vazao_volumetrica))
  print("Vazão Mássica: {0} kg/s".format(vazao_massica))
  print("Vazão em Peso: {0} N/s".format(vazao_peso))

if __name__== "__main__":
  main()



Python ::: Pandas Python Library (Biblioteca Python Pandas) ::: Passos Iniciais

Como usar a biblioteca Pandas do Python em seus projetos de Data Science e Machine Learning

Quantidade de visualizações: 3034 vezes
A biblioteca Pandas foi criada por Wes McKinney em 2008 e, desde então, tem sido adotada em projetos que envolvem Big Data, Data Science, Data Mining, Machine Learning e até mesmo aplicações gerais de Inteligência Artificial (IA).

Esta biblioteca nos oferece funções para o trabalho com datasets (conjunto de dados). Tais funções permitem analisar, limpar, explorar e manipular dados. Isso faz todo sentido, visto que o nome Pandas é uma referência à "Panel Data" e "Python Data Analysis".

Já tenho o Pandas disponível na minha instalação do Python?

Antes de iniciar qualquer projeto que envolva a bilioteca Pandas, é importante verificar se a mesma está disponível em sua instalação do Python. Isso pode ser de várias formas. Mostrarei como obter a lista de módulos usando a opção "list" do pip. Basta abrir uma janela de terminal e disparar o seguinte comando:

C:\Users\Osmar>pip list

Você terá um resultado parecido com:

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Package           Version
----------------- -------
astroid           2.4.2
colorama          0.4.4
isort             5.6.4
lazy-object-proxy 1.4.3
mccabe            0.6.1
numpy             1.19.4
pandas            1.1.5
Pillow            8.0.1
pip               20.2.3
pylint            2.6.0
python-dateutil   2.8.1
pytz              2020.4
setuptools        49.2.1
six               1.15.0
toml              0.10.2
wrapt             1.12.1
wxPython          4.1.1

Uma outra forma é tentando importar o módulo pandas. Veja:

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# importamos a bibliteca Pandas
import pandas as pd

def main():
  # vamos mostrar a versão da biblioteca Pandas
  versao = pd.__version__

  print("A versão do Pandas é:", versao)

if __name__== "__main__":
  main()

Se você tiver o Pandas instalado, o resultado desse código será algo como:

A versão do Pandas é: 1.1.5

Se você não tiver a biblioteca Pandas instalada, a seguinte mensagem de erro será exibida:

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Exception has occurred: ModuleNotFoundError
No module named 'pandas'
  File "C:\estudos_python\estudos.py", line 2, in <module>
    import pandas as pd

Não tenho o Pandas ainda. O que faço?

Abra uma janela de terminal e dispare o comando abaixo:

C:\Users\Osmar>pip install pandas

Depois de alguns segundos você verá o seguinte resultado:

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Collecting pandas
  Downloading pandas-1.1.5-cp39-cp39-win_amd64.whl (8.9 MB)
     |-| 8.9 MB 1.7 MB/s
Collecting numpy>=1.15.4
  Downloading numpy-1.19.4-cp39-cp39-win_amd64.whl (13.0 MB)
     |-| 13.0 MB 3.3 MB/s
Collecting pytz>=2017.2
  Downloading pytz-2020.4-py2.py3-none-any.whl (509 kB)
     |-| 509 kB 6.4 MB/s
Collecting python-dateutil>=2.7.3
  Downloading python_dateutil-2.8.1-py2.py3-none-any.whl (227 kB)
     |-| 227 kB 3.2 MB/s
Requirement already satisfied: six>=1.5 in 
c:\users\osmar\appdata\roaming\python\python39\site-packages
 (from python-dateutil>=2.7.3->pandas) (1.15.0)
Installing collected packages: numpy, pytz, 
python-dateutil, pandas
Successfully installed numpy-1.19.4 pandas-1.1.5 
python-dateutil-2.8.1 pytz-2020.4
WARNING: You are using pip version 20.2.3; however, 
version 20.3.1 is available.
You should consider upgrading via the 'c:\python_3_9_1\python.exe -m pip install 
--upgrade pip' command.

Obteve resultado parecido? Pronto! Você já pode começar a usar a biblioteca Pandas em seus aplicações Python.


Python ::: Dicas & Truques ::: Lista (List)

Como ordenar uma lista de inteiros em Python de acordo com a soma dos dígitos de seus elementos usando uma função lambda

Quantidade de visualizações: 791 vezes
Nesta dica mostrarei como podemos usar uma função lambda em Python para ordenar uma lista de inteiros de acordo com a soma dos seus dígitos. Este é um código muito interessante e que permitirá um melhor entendimento de funções lambda em Python.

Veja o código completo para o exemplo:

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# método usado para ordenar a lista de acordo com a soma
# de seus dígitos
def ordenar(vetor):
  return sorted(vetor, key=lambda n: sum(int(c) for c in str(n) if c != "-"))

# função principal do programa
def main():
  # vamos criar uma lista de inteiros
  valores = [21, 10, 8, 32, 70, 41, 40, 11]
  # vamos exibir a lista original
  print("Lista na ordem original: {0}".format(valores))
  
  # agora vamos ordenar de acordo com a soma dos dígitos
  lista_ordenada = ordenar(valores)
  print("Lista ordenada: {0}".format(lista_ordenada))
  
if __name__== "__main__":
  main()

Ao executarmos este código Python nós teremos o seguinte resultado:

Lista na ordem original: [21, 10, 8, 32, 70, 41, 40, 11]
Lista ordenada: [10, 11, 21, 40, 32, 41, 70, 8]


Python ::: Dicas & Truques ::: Arquivos e Diretórios

Como usar a função exists() do módulo os.path para testar a existência de um arquivo ou diretório em Python

Quantidade de visualizações: 3160 vezes
Antes de efetuarmos qualquer ação em um arquivo ou diretório, é sempre uma boa idéia testar primeiro se tal arquivo ou diretório existe no sistema. Isso pode ser feito por meio do método exists() do módulo os.path.

Este método retorna True se o arquivo ou diretório existir, e False em caso contrário. Veja um exemplo no qual checamos a existência de um arquivo chamado "teste.txt":

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from os import path

def main():
  # vamos verificar se este arquivo existe, neste local
  if path.exists("C:\\estudos_python\\teste.txt"):
    print("Arquivo foi encontrado")
  else:
    print("Arquivo não foi encontrado")

if __name__== "__main__":
  main()

Se o arquivo existir no caminho informado, o texto "Arquivo foi encontrado" será impresso na tela. Se o arquivo não puder ser encontrado, o texto "Arquivo não foi encontrado" será exibido.

Veja agora como podemos verificar se um diretório existe ou não no sistema operacional:

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from os import path

def main():
  # vamos verificar se este diretório existe
  if path.exists("C:\\estudos_python"):
    print("Diretório existe.")
  else:
    print("Diretório não existe.")

if __name__== "__main__":
  main()

Execute este código e veja o resultado. Se o diretório pesquisado existir, o texto "Diretório existe." será exibido.


Python ::: Matplotlib Python Library (Biblioteca Python Matplotlib) ::: Geração e Plotagem de Gráficos usando Matplotlib

Como gerar o gráfico da função seno usando a biblioteca Matplotlib do Python

Quantidade de visualizações: 2601 vezes
Sabemos, como lembrança das nossas aulas de Trigonometria no segundo grau, que a função seno é a razão entre o cateto oposto e a hipotenusa de um triângulo retângulo, ou seja, trata-se de uma razão trigonométrica que retorna valores na faixa de -1 até 1 (ambos inclusos).

Nesta dica mostrarei como podemos usar as capacidades de geração de gráficos da biblioteca Matplotlib da linguagem Python, combinadas com as funções arange() e sin() da biblioteca NumPy para gerar o gráfico da função seno.

Antes de vermos o código, observe o resultado gerado na imagem a seguir:



Veja agora o código Python completo para a geração do gráfico:

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# importamos a biblioteca NumPy
import numpy as np
#importamos a biblioteca Matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
 
def main():
  # definimos o título para a área de plotagem
  plt.title('Gráfico da Função Seno')
 
  # vamos exibir o grid da área de plotagem
  plt.grid(True)
 
  # vamos definir os valores da coordenada x
  # os valores gerados serão de 0 até 12 (não incluído)
  eixo_x = np.arange(0, 12, 0.1)

  # os valores da coordenada y serão o seno de
  # cada valor correspondente no eixo x
  eixo_y = np.sin(eixo_x)
 
  # vamos plotar a função seno agora
  plt.plot(eixo_x, eixo_y)
 
  # finalmente exibimos o resultado
  plt.show()
 
if __name__== "__main__":
  main()



Python ::: Fundamentos da Linguagem ::: Estruturas de Controle

Apostila Python para iniciantes - Como exibir os números pares de 0 a 20 usando o laço for da linguagem Python

Quantidade de visualizações: 13633 vezes
Nesta dica mostrarei como podemos usar o laço for da linguagem Python para exibir os números pares de 0 a 20. Note que usaremos os parâmetros start (valor inicial da variável de controle), stop (valor final da variável de controle, não incluído) e step (que especifica o valor de incremento da variável de controle.

Veja o código completo para o exemplo:

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# função principal do programa
def main():
  for i in range(0, 21, 2):
    print(i, end = "  ")

if __name__== "__main__":
  main()

Ao executar este código nós teremos o seguinte resultado:

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Desafios, Exercícios e Algoritmos Resolvidos de Python

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