Python應用——自定義排序全套方案

今天的這篇文章和大家聊聊Python當中的排序，和很多高級語言一樣，Python封裝了成熟的排序函數。我們只需要調用內部的sort函數，就可以完成排序。但是實際場景當中，排序的應用往往比較複雜，比如對象類型，當中有多個欄位，我們希望按照指定欄位排序，或者是希望按照多關鍵字排序，這個時候就不能簡單的函數調用來解決了。

字典排序

我們先來看下最常見的字典排序的場景，假設我們有一個字典的數組，字典內有多個欄位。我們希望能夠根據字典當中的某一個欄位來進行排序，我們用實際數據來舉個例子：

kids = [      {'name': 'xiaoming', 'score': 99, 'age': 12},      {'name': 'xiaohong', 'score': 75, 'age': 13},      {'name': 'xiaowang', 'score': 88, 'age': 15}  ]

這裡的kids是一個dict類型的數組，dict當中擁有name， score和age三個欄位。假設我們當下希望能夠按照score來排序，應該怎麼辦呢？

對於這個問題，解決的方案有很多，首先，我們可以使用之前文章當中提到的匿名函數來指定排序的。這裡的用法和上篇文章優先隊列的用法是一樣的，我們直接來看程式碼：

sorted(kids, key=lambda x: x['score'])

在匿名函數當中我們接收的x是kids當中的元素，也就是一個dict，所以我們想要指定我們希望的欄位，需要用dict訪問元素的方法，也就是用中括弧來查找對應欄位的值。

假如我們希望按照多關鍵字排序呢？

首先介紹一下多關鍵字排序，還是用上面的數據打比方。在上面的例子當中，各個kid的score都不一樣，所以排序的結果是確定的。但如果存在兩個人的score相等，我希望年齡小的排在前面，那麼應該怎麼辦呢？

我們分析一下可以發現，原本是按照分數從小到大排序，但有可能會出現分數相等的情況。這個時候，我們希望能夠按照在分數相等的情況下來比較年齡，也就是說我們希望根據兩個關鍵字來排序，第一個關鍵字是分數，第二個關鍵字是年齡。

由於Python當中支援tuple和list類型的排序，也就是說我們可以直接比較[1, 3]和[1, 2]的大小關係，Python會自動一次比較兩個數組當中的元素的大小。如果相等就自動往後比較，直到出現不等或者結束為止。

明白了這點，其實就很好辦了。我們只要在匿名函數當中稍稍修改，讓它返回的結果增加一個欄位即可。

sorted(kids, key=lambda x: (x['score'], x['age']))

itemgetter

除了匿名函數，Python也有自帶的庫可以解決這個問題。用法和匿名函數非常接近，使用起來稍稍容易一些。

它就是operator庫當中的itemgetter函數，我們直接來看程式碼：

from operator import itemgetter    sorted(kids, key=itemgetter('score'))

如果是多關鍵字也可以，傳入多個key即可：

sorted(kids, key=itemgetter('score', 'age'))

對象排序

我們接下來看一下面向對象的自定義排序，我們首先把上面的dict寫成對象：

class Kid:      def __init__(self, name, score, age):          self.name = name          self.score = score          self.age = age        def __repr__(self):          return 'Kid, name: {}, score: {}, age:{}'.format(self.name, self.score, self.age)

為了方便觀察列印結果，我們重載了__repr__方法，可以簡單地將它當做是Java當中的toString方法，這樣我們可以指定在print它的時候的輸出結果。

同樣，operator當中也提供了對象的排序因子函數，用法上和itemgetter一樣，只是名字不同。

from operator import attrgetter    kids = [Kid('xiaoming', 99, 12), Kid('xiaohong', 75, 13), Kid('xiaowang', 88, 15)]    sorted(kids, key=attrgetter('score'))

我們也可以使用匿名函數lambda來實現：

sorted(kids, key=lambda x: x.score)

自定義排序

到這裡還沒有結束，因為仍然存在一些問題解決不了。雖然我們實現了多關鍵字排序，但是還有一個問題解決不了，就是排序的順序問題。

我們可以在sorted函數的參數當中傳入reverse=True來控制是正序還是倒敘，但是如果我使用多關鍵字，想要按照某個關鍵字升序，某個關鍵字降序怎麼辦？舉個例子，比如說我們想要按照分數降序，年齡升序就沒辦法通過reverse來解決了，這就是當前解決不了的問題。

那應該怎麼辦呢？

這個時候就需要終極排序殺器上場了，也就是標題當中所說的自定義排序。也就是說我們自己實現一個定義元素大小的函數，然後讓sorted來調用我們這個函數來完成排序。這也是C++和Java等語言的用法。

自定義的函數並不難寫，我們隨手就來：

def cmp(kid1, kid2):      return kid1.age < kid2.age if kid1.score == kid2.score else kid1.score > kid2.score

如果看不明白，也沒關係，我寫成完整版：

def cmp(kid1, kid2):      if kid1.score == kid2.score:          return kid1.age < kid2.age      else:          return kid1.score > kid2.score

寫完了之後，還沒有結束，這個函數是不能直接投入使用的，他和我們之前提到的lambda匿名函數是不一樣的。之前的匿名函數只是用來指定欄位的，所以我們不能直接將這個函數傳遞給key，還需要在外麵包一層加工處理才可以。不過這一層處理函數Python也已經有現成的工具了，我們可以直接調用，它在functools里，我們來看程式碼：

from functools import cmp_to_key    sorted(kids, key=cmp_to_key(cmp))

我們來看一下cmp_to_key函數里的源碼：

def cmp_to_key(mycmp):      """Convert a cmp= function into a key= function"""      class K(object):          __slots__ = ['obj']          def __init__(self, obj):              self.obj = obj          def __lt__(self, other):              return mycmp(self.obj, other.obj) < 0          def __gt__(self, other):              return mycmp(self.obj, other.obj) > 0          def __eq__(self, other):              return mycmp(self.obj, other.obj) == 0          def __le__(self, other):              return mycmp(self.obj, other.obj) <= 0          def __ge__(self, other):              return mycmp(self.obj, other.obj) >= 0          __hash__ = None      return K

我們可以看到，在函數內部，它其實定義了一個類，然後在類當中重載了比較函數，最後返回的是一個重載了比較函數的新的對象。這些__lt__, __gt__函數就是類當中重載的比較函數。比如__lt__是小於的判斷函數，__eq__是相等的函數。那麼問題來了，我們能不能直接在Kid類當中重載比較函數呢，這樣就可以直接排序了。

答案是確定的，我們當然可以這麼辦，實際上這也是面向對象當中非常常用的做法。相比於自定義比較函數，我們往往更傾向於在類當中定義好優先順序。Python當中實現的方法也很簡單，就是我們手動實現一個__lt__函數，sorted默認會將小的元素排在前面，所以我們只用實現__lt__一個函數就夠了。這個函數當中傳入的參數是另一個對象，我們直接在函數裡面寫清楚比較邏輯就行了。返回True表示當前對象比other小，否則比other大。

我們附上完整程式碼：

class Kid:      def __init__(self, name, score, age):          self.name = name          self.score = score          self.age = age        def __repr__(self):          return 'Kid, name: {}, score: {}, age:{}'.format(self.name, self.score, self.age)        def __lt__(self, other):          return self.score > other.score or (self.score == other.score and self.age < other.age)

實現了比較函數之後，我們直接調用sorted，不用任何其他傳參就可以對它進行排序了。

今天的內容雖然難度不大，但是在我們日常編程當中非常常用，經常會出現需要對複雜的對象和內容進行排序的情況，所以希望大家都掌握，因為一定會派上用場的。

今天的文章就是這些，如果覺得有所收穫，請順手點個在看或者轉發吧，你們的舉手之勞對我來說很重要。

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