Python基础之:Python的数据结构

谁践踏了优雅 2022-11-10 14:56 173阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  简介
 *  列表
 *   *  列表作为栈使用
     *  列表作为队列使用
     *  列表推导式
     *  del
 *  元组
 *  集合
 *  字典
 *  循环

# 简介 #

不管是做科学计算还是编写应用程序，都需要使用到一些基本的数据结构，比如列表，元组，字典等。

本文将会详细讲解Python中的这些基础数据结构。

# 列表 #

列表也就是list，可以用方括号来表示：

In [40]: ages = [ 10, 14, 18, 20 ,25]
    
    In [41]: ages
    Out[41]: [10, 14, 18, 20, 25]

list有一些非常有用的方法，比如**append**，**extend**，**insert**，**remove**，**pop**，**index**，**count**，**sort**，**reverse**，**copy**等。

举个例子：

>>> fruits = ['orange', 'apple', 'pear', 'banana', 'kiwi', 'apple', 'banana']
    >>> fruits.count('apple')
    2
    >>> fruits.count('tangerine')
    0
    >>> fruits.index('banana')
    3
    >>> fruits.index('banana', 4)  # Find next banana starting a position 4
    6
    >>> fruits.reverse()
    >>> fruits
    ['banana', 'apple', 'kiwi', 'banana', 'pear', 'apple', 'orange']
    >>> fruits.append('grape')
    >>> fruits
    ['banana', 'apple', 'kiwi', 'banana', 'pear', 'apple', 'orange', 'grape']
    >>> fruits.sort()
    >>> fruits
    ['apple', 'apple', 'banana', 'banana', 'grape', 'kiwi', 'orange', 'pear']
    >>> fruits.pop()
    'pear'

## 列表作为栈使用 ##

栈的特点是后进先出，而列表为我们提供了append和pop方法，所以使用列表来实现栈是非常简单的：

>>> stack = [3, 4, 5]
    >>> stack.append(6)
    >>> stack.append(7)
    >>> stack
    [3, 4, 5, 6, 7]
    >>> stack.pop()
    7
    >>> stack
    [3, 4, 5, 6]
    >>> stack.pop()
    6
    >>> stack.pop()
    5
    >>> stack
    [3, 4]

## 列表作为队列使用 ##

队列的特点是先进先出，但是使用列表在队列头部插入元素是很慢的，因为需要移动所有的元素。

我们可以使用 [`collections.deque`][collections.deque] 来快速的从两端操作：

>>> from collections import deque
    >>> queue = deque(["Eric", "John", "Michael"])
    >>> queue.append("Terry")           # Terry arrives
    >>> queue.append("Graham")          # Graham arrives
    >>> queue.popleft()                 # The first to arrive now leaves
    'Eric'
    >>> queue.popleft()                 # The second to arrive now leaves
    'John'
    >>> queue                           # Remaining queue in order of arrival
    deque(['Michael', 'Terry', 'Graham'])

## 列表推导式 ##

要创建列表，通常的做法是使用for循环，来遍历列表，并为其设置值：

>>> squares = []
    >>> for x in range(10):
    ...     squares.append(x**2)
    ...
    >>> squares
    [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

或者我们可以使用列表推导式来更加简洁的生成列表：

squares = [x**2 for x in range(10)]

列表推导式的结构是由一对方括号所包含的以下内容：一个表达式，后面跟一个 `for` 子句，然后是零个或多个 `for` 或 `if` 子句。

列表推导式将会遍历for字句中的元素，并且使用表达式来求值，将生成的元素作为新的列表元素返回。

看一个复杂点的：

>>> [(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)]

上面的表达式等价于：

>>> 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)]

列表推导式还可以嵌套，假如我们有一个矩阵：

>>> matrix = [
    ...     [1, 2, 3, 4],
    ...     [5, 6, 7, 8],
    ...     [9, 10, 11, 12],
    ... ]

可以使用下面的表达式将矩阵进行行列交换：

>>> [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]
    [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

或者使用更加简单的zip函数：

>>> list(zip(*matrix))
    [(1, 5, 9), (2, 6, 10), (3, 7, 11), (4, 8, 12)]

## del ##

删除列表中的某个元素可以使用del。del可以删除列表中的某个特定的值，也可以删除切片，甚至删除整个列表：

>>> a = [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
    >>> del a[0]
    >>> a
    [1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
    >>> del a[2:4]
    >>> a
    [1, 66.25, 1234.5]
    >>> del a[:]
    >>> a
    []
    
    >>> del a

# 元组 #

元组跟列表很类似，不同的是元组是不可变的。

元组是以小括号来表示的，或者可以不使用括号。

>>> t = 12345, 54321, 'hello!'
    >>> t[0]
    12345
    >>> t
    (12345, 54321, 'hello!')
    >>> # Tuples may be nested:
    ... u = t, (1, 2, 3, 4, 5)
    >>> u
    ((12345, 54321, 'hello!'), (1, 2, 3, 4, 5))

元组和List的操作很类似，都有切片和索引操作。

元组可以方便的进行解包：

>>> x, y, z = t

# 集合 #

集合使用set函数或者花括号来表示的。

集合中的元素是不重复的，这个一点和java中的set很类似。

因为字典的表示也是花括号，所以如果你需要创建一个空集合的话，需要使用set，因为空的 \{\} 表示的是字典。

看一些集合的简单例子：

>>> basket = { 'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
    >>> print(basket)                      # show that duplicates have been removed
    { 'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
    >>> 'orange' in basket                 # fast membership testing
    True
    >>> 'crabgrass' in basket
    False
    
    >>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words
    ...
    >>> a = set('abracadabra')
    >>> b = set('alacazam')
    >>> a                                  # unique letters in a
    { 'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
    >>> a - b                              # letters in a but not in b
    { 'r', 'd', 'b'}
    >>> a | b                              # letters in a or b or both
    { 'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
    >>> a & b                              # letters in both a and b
    { 'a', 'c'}
    >>> a ^ b                              # letters in a or b but not both
    { 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

和列表一样，集合也支持推导式：

>>> a = { x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
    >>> a
    { 'r', 'd'}

# 字典 #

字典也是用花括号来表示的，不同的是字典中的元素是以 key:value的形式呈现的。

下面是字典的一些基本操作：

>>> tel = { 'jack': 4098, 'sape': 4139}
    >>> tel['guido'] = 4127
    >>> tel
    { 'jack': 4098, 'sape': 4139, 'guido': 4127}
    >>> tel['jack']
    4098
    >>> del tel['sape']
    >>> tel['irv'] = 4127
    >>> tel
    { 'jack': 4098, 'guido': 4127, 'irv': 4127}
    >>> list(tel)
    ['jack', 'guido', 'irv']
    >>> sorted(tel)
    ['guido', 'irv', 'jack']
    >>> 'guido' in tel
    True
    >>> 'jack' not in tel
    False

除了花括号，还可以使用dict函数来构建字典：

>>> dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)])
    { 'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098}

如果关键字是简单的字符的话，可以直接这样写：

>>> dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098)
    { 'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098}

同样的推导式也可以使用：

>>> { x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
    { 2: 4, 4: 16, 6: 36}

# 循环 #

我们一般使用for语句来遍历集合或者字典，list等。

当我们遍历字典的时候，可以使用items()方法来同时获取到key和value：

>>> knights = { 'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}
    >>> for k, v in knights.items():
    ...     print(k, v)
    ...
    gallahad the pure
    robin the brave

如果是列表，那么可以使用enumerate 函数来获取到index和value：

>>> for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):
    ...     print(i, v)
    ...
    0 tic
    1 tac
    2 toe

之前我们还使用了zip函数，zip函数可以将多个序列中的元素一一匹配：

>>> questions = ['name', 'quest', 'favorite color']
    >>> answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']
    >>> for q, a in zip(questions, answers):
    ...     print('What is your {0}? It is {1}.'.format(q, a))
    ...
    What is your name?  It is lancelot.
    What is your quest?  It is the holy grail.
    What is your favorite color?  It is blue.

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[collections.deque]: https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/collections.html#collections.deque
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