Newick格式与进化树结点间的距离（Distances in
Given: A collection of n trees (n≤40) in Newick format, with each tree containing at most 200 nodes; each tree Tk is followed by a pair of nodes xk and yk in Tk.
所给：n个（不超过40个）以Newick格式表示的进化树，每棵树包含的结点不超过200个；所给文件的形式为一棵树Tk，后面跟随着这棵树中的一对结点xk和yk。
Return: A collection of n positive integers, for which the kth integer represents the distance between xk and yk in Tk.
需得：n个正整数，分别代表xk和yk在Tk内的距离。
测试数据
(cat)dog;
dog cat
(dog,cat);
dog cat
测试输出
1 2
生物学背景
进化树是在生物学中用来表示物种之间进化关系的图。进化树上每个叶子结点代表一个物种，叶子结点之间的距离可以代表两个物种之间的差异程度。
Newick是最常见的进化树文件格式。举例来说，假如n个叶子结点{v1, v2, … ,vn}都和一个内结点u相连，如下图：
用Newick格式可表示为(v1,v2,…,v3)u。Newick格式中结点名称并非必须，我们可以省略一些或全部结点名称，将这棵树表示为(v1,v2,…,v3)，(, ,…,)u或者(, ,…,)。
无根树来说在用Newick表示时可以把任意结点作为根节点，因此可以用多个Newick描述同一棵树，如(C, D, (A, B))和(A, (D, C), B)都表示下图：
对Newick格式更详细地解释可以参考这篇文章：https://blog.csdn.net/weixin_43569478/article/details/108079223
数学背景
对于一棵树中的两个结点，肯定能找到唯一路径将它们相连。因为如果两点间有多条路径，必然会形成循环，这与树的定义不相符。
思路
方法1：善于利用现成的工具包
本方法的代码来自于如下博文：http://saradoesbioinformatics.blogspot.com/2016/09/distances-in-trees.html
在这里博主直接用了Biopython包Phylo模块中的现成方法，这样就无需自己动手对Newick格式进行解析，Phylo模块的介绍如下：https://biopython.org/wiki/Phylo
import sys
from Bio import Phylo # 引入Biopython包中的Phylo模块
import io
f = open('rosalind_nwck.txt','r')
# 将所给的输入序列读入并按条分开
pairs = [i.split('\n') for i in f.read().strip().split('\n\n')]
for i, line in pairs:
# 把两个叶子结点分开保存到x和y中
x,y = line.split()
# 用Biopython中Phylo模块方法直接把Newick解析成树结构
tree = Phylo.read(io.StringIO(i),'newick')
clades = tree.find_clades()
# 逐条给各分支加上长度，这里统一赋值为1
for clade in clades:
clade.branch_length = 1
sys.stdout.write('%s' % tree.distance(x,y) + ' ') # 直接输出两结点间的距离，sys.stdout.write()输出不会自动换行
sys.stdout.write('\n')
方法2：理解括号和逗号的含义
借助方法1的代码成功混入讨论区后，我终于得以阅读大佬们的解题思路，下面的代码是我在学习后给出的，但有一些地方需要我们静下心来理解。
首先，要完成这道题并不需要写一个方法把Newick格式解析为树形结构，再数出两个结点的距离。我们需要把’(‘ , ’)’和’,’这些括号与树结构建立起联系，这样只需要关注这些符号的特点就可以计算出结点距离。
从网站给出的例子，我们能对括号和逗号有一个直觉上的认识，即：逗号代表并列，括号代表层级。比如：(A,B)，A和B的关系应该如下图左；(A)B应该如下图右。这似乎意味着两个结点间多半个括号，距离应加1，多一个逗号，距离应加上2.
不过，实际情况并非这么简单。我们看下面这个示例：(A,( (()),()((,(,))) ),B)，A、B之间似乎远隔千山万水，但实际它们的距离只有2，原因如下图：
可以看到，这里A、B中间的内容都是配对的括号，形成一个完整的分支，与A、B同为一个父结点的不同分支，我们在计算A、B距离时尽可以把这个分支整个忽略掉。在计算A、B间的距离时，我们只需要关注A、B间不配对的括号即可，成功配对的括号全部消去，每多一个不匹配的括号，距离就加上1。
对于逗号来说，我把它看成’)(‘，直接用’)(‘替换掉原文中的’,’，以上文的方法消去配对的括号，只剩下错配的括号，就是最终的结果。如何理解呢？我们画几幅图来说明。
假设一个进化树中没有逗号，在删去其中的配对括号后，变成了A))))B或A((((B这种形式，可以用图表示为：
显然，A、B间的距离为4。
现在我们让情况复杂些，最后一个错配括号后面出现了一个逗号，如A)))),B，现在图可以这样表示：
可以看到，加了一个逗号之后，距离增加了2。那为什么不直接计算多出逗号的数量，然后乘2加到最终结果里呢？我们再看一个例子，这次最后一个错配括号前也有逗号，如A),))),B，用图可以表示为：
可以看到，这种情况A、B间的距离依然是6。事实上，’,’的含义相当于一个右括号和一个左括号。
import re
def nwck(data, target):
newdata = []
for num, i in enumerate(re.split(r'([(),])', data)): # 用re包处理字符串，以'(',')'和','将树分割
if i != '' and i != ';\n': # 除去空字符
newdata.append(i)
# print(newdata)
num1 = num2 = -1
for num, i in enumerate(newdata): # 将两结点的位置赋给num1和num2
if i == target[0]:
num1 = num
if i == target[1].replace('\n', ''):
num2 = num
if num1 != -1 and num2 != -1: # 两结点都找到就可以停止了
break
start = min(num1, num2) # 左节点赋值给start
end = max(num1, num2) # 右节点赋值给end
left = right = 0
for i in range(start + 1, end): # 从左节点像右节点遍历
# print(newdata[i])
if newdata[i] in ',)': # 碰到右括号含义的字符
if left > 0: # 如果左边有与其配对的左括号
left -= 1 # 删去左括号
else: # 如果左边没有与其配对的左括号
right += 1 # 记录这个错配右括号
if newdata[i] in ',(': # 碰到左括号含义的字符
left += 1 # 记录左括号
result = left + right
return result
f = open('rosalind_nwck.txt','r')
input = f.readlines()
f.close()
trees = [] # 用trees保存每棵树
pairs = [] # 用pairs保存各对结点
for num, i in enumerate(input): # 根据所给输入数据的格式
if num % 3 == 0: # 第3k行是进化树
trees.append(i)
if num % 3 == 1: # 第3k+1行是结点，第3k+2行是空行
pairs.append(i.split(' '))
result = [] # 用result存储距离
for i in range(len(trees)):
result.append(nwck(trees[i], pairs[i])) # 调用newick函数解决问题
for i in result:
print(i, end=' ')
