Python3数据结构
列表
>>> a = [23, 45, 1, -3434, 43624356, 234]
>>> a.append(45)
>>> a
[23, 45, 1, -3434, 43624356, 234, 45]
首先我们建立了一个列表 a。然后调用列表的方法 a.append(45) 添加元素 45 到列表末尾。你可以看到元素 45 已经添加到列表的末端了。有些时候我们需要将数据插入到列表的任何位置,这时我们可以使用列表的 insert() 方法。
>>> a.insert(0, 1) # 在列表索引 0 位置添加元素 1
>>> a
[1, 23, 45, 1, -3434, 43624356, 234, 45]
>>> a.insert(0, 111) # 在列表索引 0 位置添加元素 111
>>> a
[111, 1, 23, 45, 1, -3434, 43624356, 234, 45]
列表方法 count(s) 会返回列表元素中 s 的数量。我们来检查一下 45 这个元素在列表中出现了多少次。
>>> a.count(45)
2
如果你想要在列表中移除任意指定值,你需要使用 remove() 方法。
>>> a.remove(234)
>>> a
[111, 1, 23, 45, 1, -3434, 43624356, 45]
现在我们反转整个列表。
>>> a.reverse()
>>> a
[45, 43624356, -3434, 1, 45, 23, 1, 111]
怎样将一个列表的所有元素添加到另一个列表的末尾呢,可以使用列表的 extend() 方法。
>>> b = [45, 56, 90]
>>> a.extend(b) # 添加 b 的元素而不是 b 本身
>>> a
[45, 43624356, -3434, 1, 45, 23, 1, 111, 45, 56, 90]
给列表排序,我们使用列表的 sort() 方法,排序的前提是列表的元素是可比较的。
>>> a.sort()
>>> a
[-3434, 1, 1, 23, 45, 45, 45, 56, 90, 111, 43624356]
你也能使用 del 关键字删除指定位置的列表元素。
>>> del a[-1]
>>> a
[-3434, 1, 1, 23, 45, 45, 45, 56, 90, 111]
2.1 将列表用作栈和队列
栈是我们通常所说的一种 LIFO (Last In First Out 后进先出)数据结构。它的意思是最后进入的数据第一个出来。一个最简单的例子往一端封闭的管道放入一些弹珠然后取出来,如果你想把弹珠取出来,你必须从你最后放入弹珠的位置挨个拿出来。用代码实现此原理:
>>> a = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6]
>>> a.pop()
6
>>> a.pop()
5
>>> a.pop()
4
>>> a.pop()
3
>>> a
[1, 2]
>>> a.append(34)
>>> a
[1, 2, 34]
上面的代码中我们使用了一个新方法 pop()。传入一个参数 i 即 pop(i) 会将第 i 个元素弹出。
在我们的日常生活中会经常遇到队列,比如售票窗口、图书馆、超市的结账出口。队列 是一种在末尾追加数据以及在开始弹出数据的数据结构。与栈不同,它是 FIFO (First In First Out 先进先出)的数据结构。
>>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> a.append(1)
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 1]
>>> a.pop(0)
1
>>> a.pop(0)
2
>>> a
[3, 4, 5, 1]
我们使用 a.pop(0) 弹出列表中第一个元素。
2.2 列表推导式
列表推导式为从序列中创建列表提供了一个简单的方法。如果没有列表推导式,一般都是这样创建列表的:通过将一些操作应用于序列的每个成员并通过返回的元素创建列表,或者通过满足特定条件的元素创建子序列。
假设我们创建一个 squares 列表,可以像下面这样创建。
>>> squares = []
>>> for x in range(10):
... squares.append(x**2)
...
>>> squares
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
注意这个 for 循环中的被创建(或被重写)的名为 x 的变量在循环完毕后依然存在。使用如下方法,我们可以计算 squares 的值而不会产生任何的副作用:。
squares = list(map(lambda x: x**2, range(10)))
等价于下面的列表推导式。
squares = [x**2 for x in range(10)]
上面这个方法更加简明且易读。
列表推导式由包含一个表达式的中括号组成,表达式后面跟随一个 for 子句,之后可以有零或多个 for 或 if 子句。结果是一个列表,由表达式依据其后面的 for 和 if 子句上下文计算而来的结果构成。
例如,如下的列表推导式结合两个列表的元素,如果元素之间不相等的话:
>>> [(x, y) for x in [1,2,3] for y in [3,1,4] if x != y]
[(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 1), (2, 4), (3, 1), (3, 4)]
等同于:
>>> combs = []
>>> for x in [1,2,3]:
... for y in [3,1,4]:
... if x != y:
... combs.append((x, y))
...
>>> combs
[(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 1), (2, 4), (3, 1), (3, 4)]
值得注意的是在上面两个方法中的 for 和 if 语句的顺序。
列表推导式也可以嵌套。
>>> a=[1,2,3]
>>> z = [x + 1 for x in [x ** 2 for x in a]]
>>> z
[2, 5, 10]
元组
元组是由数个逗号分割的值组成。
>>> a = 'Fedora', 'ShiYanLou', 'Kubuntu', 'Pardus'
>>> a
('Fedora', 'ShiYanLou', 'Kubuntu', 'Pardus')
>>> a[1]
'ShiYanLou'
>>> for x in a:
... print(x, end=' ')
...
Fedora ShiYanLou Kubuntu Pardus
你可以对任何一个元组执行拆封操作并赋值给多个变量,就像下面这样:
>>> divmod(15,2)
(7, 1)
>>> x, y = divmod(15,2)
>>> x
7
>>> y
1
元组是不可变类型,这意味着你不能在元组内删除或添加或编辑任何值。如果你尝试这些操作,将会出错:
>>> a = (1, 2, 3, 4)
>>> del a[0]
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'tuple' object doesn't support item deletion
要创建只含有一个元素的元组,在值后面跟一个逗号。
>>> a = (123)
>>> a
123
>>> type(a)
<class 'int'>
>>> a = (123, )
>>> b = 321,
>>> a
(123,)
>>> b
(321,)
>>> type(a)
<class 'tuple'>
>>> type(b)
<class 'tuple'>
通过内建函数 type() 你可以知道任意变量的数据类型。还记得我们使用 len() 函数来查询任意序列类型数据的长度吗?
>>> type(len)
<class 'builtin_function_or_method'>
集合
集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。集合对象还支持 union(联合),intersection(交),difference(差)和 symmetric difference(对称差集)等数学运算。
大括号或 set() 函数可以用来创建集合。注意:想要创建空集合,你必须使用 set() 而不是 {}。后者用于创建空字典,我们在下一节中介绍的一种数据结构。
下面是集合的常见操作:
>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
>>> print(basket) # 你可以看到重复的元素被去除
{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
>>> 'orange' in basket
True
>>> 'crabgrass' in basket
False
>>> # 演示对两个单词中的字母进行集合操作
...
>>> a = set('abracadabra')
>>> b = set('alacazam')
>>> a # a 去重后的字母
{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
>>> a - b # a 有而 b 没有的字母
{'r', 'd', 'b'}
>>> a | b # 存在于 a 或 b 的字母
{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
>>> a & b # a 和 b 都有的字母
{'a', 'c'}
>>> a ^ b # 存在于 a 或 b 但不同时存在的字母
{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
从集合中添加或弹出元素:
>>> a = {'a','e','h','g'}
>>> a.pop()
'h'
>>> a.add('c')
>>> a
{'c', 'e', 'g', 'a'}
字典
字典是是无序的键值对(key:value)集合,同一个字典内的键必须是互不相同的。一对大括号 {} 创建一个空字典。初始化字典时,在大括号内放置一组逗号分隔的键:值对,这也是字典输出的方式。我们使用键来检索存储在字典中的数据。
>>> data = {'kushal':'Fedora', 'kart_':'Debian', 'Jace':'Mac'}
>>> data
{'kushal': 'Fedora', 'Jace': 'Mac', 'kart_': 'Debian'}
>>> data['kart_']
'Debian'
创建新的键值对很简单:
>>> data['parthan'] = 'Ubuntu'
>>> data
{'kushal': 'Fedora', 'Jace': 'Mac', 'kart_': 'Debian', 'parthan': 'Ubuntu'}
使用 del 关键字删除任意指定的键值对:
>>> del data['kushal']
>>> data
{'Jace': 'Mac', 'kart_': 'Debian', 'parthan': 'Ubuntu'
使用 in 关键字查询指定的键是否存在于字典中。
>>> 'ShiYanLou' in data
False
必须知道的是,字典中的键必须是不可变类型,比如你不能使用列表作为键。
dict() 可以从包含键值对的元组中创建字典。
>>> dict((('Indian','Delhi'),('Bangladesh','Dhaka')))
{'Indian': 'Delhi', 'Bangladesh': 'Dhaka'}
如果你想要遍历一个字典,使用字典的 items() 方法。
>>> data
{'Kushal': 'Fedora', 'Jace': 'Mac', 'kart_': 'Debian', 'parthan': 'Ubuntu'}
>>> for x, y in data.items():
... print("{} uses {}".format(x, y))
...
Kushal uses Fedora
Jace uses Mac
kart_ uses Debian
parthan uses Ubuntu
许多时候我们需要往字典中的元素添加数据,我们首先要判断这个元素是否存在,不存在则创建一个默认值。如果在循环里执行这个操作,每次迭代都需要判断一次,降低程序性能。
我们可以使用 dict.setdefault(key, default) 更有效率的完成这个事情。
>>> data = {}
>>> data.setdefault('names', []).append('Ruby')
>>> data
{'names': ['Ruby']}
>>> data.setdefault('names', []).append('Python')
>>> data
{'names': ['Ruby', 'Python']}
>>> data.setdefault('names', []).append('C')
>>> data
{'names': ['Ruby', 'Python', 'C']}
试图索引一个不存在的键将会抛出一个 keyError 错误。我们可以使用 dict.get(key, default) 来索引键,如果键不存在,那么返回指定的 default 值。
>>> data['foo']
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'foo'
>>> data.get('foo', 0)
0
如果你想要在遍历列表(或任何序列类型)的同时获得元素索引值,你可以使用 enumerate()。
>>> for i, j in enumerate(['a', 'b', 'c']):
... print(i, j)
...
0 a
1 b
2 c
你也许需要同时遍历两个序列类型,你可以使用 zip() 函数。
>>> a = ['Pradeepto', 'Kushal']
>>> b = ['OpenSUSE', 'Fedora']
>>> for x, y in zip(a, b):
... print("{} uses {}".format(x, y))
...
Pradeepto uses OpenSUSE
Kushal uses Fedora