Oop Recursion Polymorphism Binary Tree

Beherrschung der `Ausdrucksbewertung` und `Baumnavigation` mit Polymorphismus

Im Bereich der Programmierung sind das Verständnis der Ausdrucksbewertung und die Fähigkeit zur Manipulation von binären Bäumen wesentliche Fähigkeiten, die Ihre Entwicklungsmöglichkeiten erhöhen können. Eine faszinierende Methode, um diese Konzepte zu implementieren, besteht darin, Polymorphismus zu verwenden, insbesondere innerhalb der objektorientierten Programmierung (OOP).

Dieser Blogbeitrag wird die klassische Interviewfrage erkunden, die von Steve Yegges Beobachtungen inspiriert ist, bei der Kandidaten herausgefordert werden, einen arithmetischen Ausdruck (z. B. den String “2 + (2)”) in einen Ausdrucksbaum umzuwandeln. Wir werden das Problem Schritt für Schritt durchgehen, erklären, wie man diese Bäume mithilfe von Polymorphismus verarbeitet, und Einblicke in den Code geben.

Das Problem: Vom Ausdruck zum Baum

Die Grundlagen verstehen

Im Kern besteht die Aufgabe darin, arithmetische Ausdrücke als binäre Bäume darzustellen und auszuwerten:

Blätter: Dies sind die Zahlen.
Innere Knoten: Dies sind die Operatoren (z. B. +, -, *, /).

Das Auswerten solcher Ausdrücke umfasst das “Wandern” durch die Baumstruktur. Wenn Sie mit diesem Problem konfrontiert sind, sind hier einige Schritte, um zu beginnen:

Den Ausdruck umwandeln: Bestimmen, wie man einen String-Ausdruck in eine Baumstruktur umwandelt.
Den Ausdruck auswerten: Durch den Baum wandern, um den endgültigen Wert zu berechnen.

Warum Polymorphismus verwenden?

Viele Programmierkandidaten haben oft Schwierigkeiten, den besten Weg auszuführen, um diese Aufgaben zu bewältigen. Die einfachsten Methoden, wie die Verwendung einer Switch-Anweisung oder geschachtelter if-else-Strukturen, können unübersichtlich und schwer zu handhaben werden.

Polymorphismus ermöglicht es Ihnen, eine gemeinsame Schnittstelle für eine Gruppe verwandter Klassen zu definieren, was zu einem flexibleren und besser verwaltbaren Design führt. Wenn Sie mit unterschiedlichen Operationen konfrontiert werden, ermöglicht Polymorphismus, die korrekte Methode aufzurufen, ohne die Details der Implementierung der Operation zu kennen.

Die Lösung: Implementierung polymorpher Bäume in Python

Lassen Sie uns in den Code eintauchen, um besser zu verstehen, wie Polymorphismus in diesem Kontext funktioniert.

Die Codeerklärung

#!/usr/bin/python

class Node:
    """Basis-Klasse, Sie sollten einen dieser Knoten nicht verarbeiten."""
    def process(self):
        raise('Sie sollten keinen Knoten verarbeiten')  # Abstrakt

class BinaryNode(Node):
    """Basis-Klasse für binäre Knoten."""
    def __init__(self, _left, _right):
        self.left = _left
        self.right = _right
    def process(self):
        raise('Sie sollten keinen binären Knoten verarbeiten')  # Abstrakt

class Plus(BinaryNode):
    def process(self):
        return self.left.process() + self.right.process()

class Minus(BinaryNode):
    def process(self):
        return self.left.process() - self.right.process()

class Mul(BinaryNode):
    def process(self):
        return self.left.process() * self.right.process()

class Div(BinaryNode):
    def process(self):
        return self.left.process() / self.right.process()

class Num(Node):
    def __init__(self, _value):
        self.value = _value
    def process(self):
        return self.value

# Testfälle zur Demonstration
def demo(n):
    print(n.process())

demo(Num(2))                                    # Ausgabe: 2
demo(Plus(Num(2), Num(5)))                      # Ausgabe: 7 (2 + 5)
demo(Plus(Mul(Num(2), Num(3)), Div(Num(10), Num(5))))  # Ausgabe: 8 ((2 * 3) + (10 / 5))

Aufschlüsselung des Codes

Abstrakte Basisklasse: Node
- Dies dient als Basis-Klasse für alle Knoten.
- Die Methode process() ist dazu gedacht, überschrieben zu werden, sollte jedoch nicht direkt auf Node ausgeführt werden.
Abstrakte Basisklasse: BinaryNode
- Erbt von Node und repräsentiert binäre Operatoren.
- Enthält Kindknoten für die linken und rechten Teil-Ausdrücke.
Konkrete Klassen für Operationen
- Die Klassen Plus, Minus, Mul und Div erben von BinaryNode und implementieren die Methode process(), um die Ausdrücke auszuwerten.
Blattknotenklasse: Num
- Repräsentiert numerische Werte und gibt einfach den gespeicherten Wert zurück, wenn process() aufgerufen wird.

Abschließende Gedanken

Polymorphismus bietet eine leistungsstarke Möglichkeit, die Ausdrucksbewertung in der Programmierung zu implementieren. Durch die Einhaltung dieser Struktur können Entwickler klaren, organisierten und flexiblen Code schreiben, der eine einfache Erweiterung und Modifikation zulässt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beherrschung der Transformation von einem arithmetischen Ausdruck-String in einen Ausdrucksbaum unter Verwendung von Polymorphismus eine Fülle von Möglichkeiten eröffnet. Dieses Entwurfsmuster vereinfacht nicht nur den Programmierprozess, sondern verbessert auch die Wartbarkeit Ihres Codes.

Jetzt, da Sie das Konzept verstanden haben, probieren Sie aus, Ihre eigenen Varianten zu implementieren, und erkunden Sie die weite Welt der Programmierung!

Beherrschung der Ausdrucksbewertung und Baumnavigation mit Polymorphismus