【python】（四）python常用数据结构

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1. 列表 list

1.1 列表定义与使用

1.1.1 列表定义

• 列表是有序的可变元素的集合，使用中括号[]包围，元素之间用逗号分隔
• 列表是动态的，可以随时扩展和收缩
• 列表是异构的，可以同时存放不同类型的对象
• 列表中允许出现重复元素

1.1.2 列表使用

1.1.2.1 创建

1. 通过构造函数创建
2. 中括号创建并填充
3. 列表推导式

# 1、通过构造函数创建
# 创建空列表
li1 = list() 
# 字符串
li1 = list('hogwarts') 
print(type(li1),li1)
#类型： ；内容：['h', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's']

li1_1 = list((1, 2, 3))  # 元组
li1_2 = list({4, 5, 6})  # 集合
li1_3 = list({4, 5, 6})  # 字典
li1_4 = list(1,2,{4, 5, 6},{4, 5, 6}) #混合内容

# 2、中括号创建并填充元素
li2 = []  # 空列表

li2 = [1, 2, 3]  # 直接填充对象
print(type(li2), li2)
#打印结果： [1, 2, 3]

#3.列表推导式
li3=[i for i in range(1,11) if i%2==0]
print(type(li3),li3)
#打印结果： [2, 4, 6, 8, 10]
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1.1.2.2 索引

• 默认正向索引，编号从 0 开始。
• 支持反向索引，编号从-1 开始。

li = [1, 2, 3, 4, 5]

# 1、正向索引
print(li[0])  # 打印1
print(li[3])  # 打印4

# 2、反向索引
li = [1, 2, 3, 4, 5]
print(li[-1])  # 打印 5
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1.1.2.3 切片

切片： [start: stop: step]

• start 值: 指示开始索引值，如果没有指定，则默认开始值为 0；
• stop 值: 指示到哪个索引值结束，但不包括这个结束索引值。如果没有指定，则取列表允许的最大索引值；
• step 值: 步长值指示每一步大小，如果没有指定，则默认步长值为 1。
• 三个值都是可选的，非必填

# 切片基本用法
li = ['h', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's']
print(li[0:5:2])  # 打印['h', 'g', 'a']
print(li[2:4])  # 省略了step，打印['g', 'w']
print(li[:4])  # 省略了start和step，打印['h', 'o', 'g', 'w']
print(li[2:])  # 省略了stop和step，打印['g', 'w', 'a', 'r', 't', 's']
print(li[::2])  # 省略start和stop，打印['h', 'g', 'a', 't']
print(li[::-1])  # 特殊的切片写法：逆序打印['s', 't', 'r', 'a', 'w', 'g', 'o', 'h']
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1.1.2.4 运算符

重复：

• 使用 * 运算符可以重复生成列表元素。

# 1、重复
li = [1] * 5
print(li)  # 打印[1, 1, 1, 1, 1]
1
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合并：

• 使用 + 加号运算符，可以将两个列表合二为一。

# 2、合并
li1 = [1, 2, 3]
li2 = [99, 100]
print(li1 + li2)  # 打印[1, 2, 3, 99, 100]
1
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1.1.2.5 成员检测

• in：检查一个对象是否在列表中，如果在则返回 True，否则返回 False。
• not in：检查一个列表是否不包含某个元素。如果不在返回 True，否则返回 False。

li = [1, 2, 3]

# in
print(1 in li)  # 返回True
print(100 in li)  # 返回False

# not in
print(1 not in li)  # 返回False
print(100 not in li)  # 返回True
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1.2 列表常用方法

1.2.1 append()

• append(item)：将一个对象 item 添加到列表的末尾。
• 入参：对象 item
• 返回：None

# 添加元素
# 添加元素
li = []
li.append(1)
li.append(3.14)
li.append("hogwarts")
li.append([6, 6, 6])
li.append((1.2, 1.5))
li.append({'msg': "Hello"})

print(li)  # 打印列表： [1, 3.14, 'hogwarts', [6, 6, 6], (1.2, 1.5), {'msg': 'Hello'}]
print(len(li))  # 获取列表元素个数： 6
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1.2.2 extend()

• extend(iterable)：将一个可迭代对象的所有元素，添加到列表末尾。
• 入参：可迭代对象 iterable
• 返回：None
• 注意：可迭代对象是字典的话，添加的是字典的key值

# extend()的用法

li = []
li.extend('hogwarts')  # 添加的是字符串的所有字母
li.extend([1, 2, 3])  # 接收列表的所有元素
li.extend((4, 5, 6))  # 接收元组的所有元素
li.extend({'a': 1, 'b': 2})  # 接收字典的所有key值

print(li)
#打印结果：['h', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's', 1, 2, 3, 4, 5, 6, 'a', 'b']
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1.2.3 insert()

• insert(index, item)：将一个对象插入到指定的索引位置
• 入参：索引值 index ，一个对象 item
• 返回：None
• 原索引位置及后面的元素后移一位

li = [0, 1, 2]
print("插入前: ", li)  # 打印 [0, 1, 2]

# 在索引0的位置插入元素
li.insert(0, 'hogwarts')
print("插入后: ", li)  # 打印 ['hogwarts', 0, 1, 2]
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1.2.4 pop()

• pop(index) 或 pop()
• 弹出并返回所指定索引的元素。
• 入参：索引值 index，可不传
• 返回：指定索引的元素
• 返回：未指定索引则返回末尾元素
• 如果索引值不正确，或者列表已经为空，则引发 IndexError 错误

letters = ['h', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's']

# 传入索引3，弹出元素 w
n1 = letters.pop(3)
print(n1)  # 打印 w

# 不传参数，默认弹出末尾元素
n2 = letters.pop()
print(n2)  # 打印 s
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1.2.5 remove()

• remove(item)
• 移除列表中第一个等于 item 的元素
• 入参：指定元素 item
• 返回：None
• 目标元素必须已存在，否则会报 ValueError

li = ['h', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's']
print(len(li))  # 打印 8

# 1、删除指定元素'h'
li.remove('h')
print(li)  # 打印 ['o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's']
print(len(li))  # 打印 7

# 2、移除第一个2
li = [1, 2, 3, 2, 1]
li.remove(2)
print(li)  # 打印 [1, 3, 2, 1]

# 3、删除不存在的元素，会报ValueError错误
li = [1, 2, 3]
li.remove(100)
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1.2.6 sort()

• sort(key=None, reverse=False)
• 对列表进行原地排序，只使用 < 来进行各项间比较。
• 入参：支持 2 个关键字参数：
  • key：指定带有一个参数的函数，用于从每个列表元素中提取比较键。
  • reverse：默认值为 **False 表示升序，**为 True 表示降序
• 返回：None

nums = [2, 4, 3, 1, 5]

# 1、不传参数，默认升序，数字从小到大排列
nums.sort()
print(nums)  # 打印 [1, 2, 3, 4, 5]

# 2、指定key=len，按元素的长度排序
words = ['Python', 'Java', 'R', 'Go']
words.sort(key=len)
print(words)  # 打印 ['R', 'Go', 'Java', 'Python']

# 3、指定reverse=True，降序
nums = [2, 4, 3, 1, 5]
nums.sort(reverse=True)
print(nums)  # 打印 [5, 4, 3, 2, 1]
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1.2.7 reverse()

• reverse()：将列表中的元素顺序反转
• 参数：无
• 返回：None
• 反转只是针对索引值，元素之间不相互比较。

# 反转顺序
nums = [8, 1, 5, 2, 77]
nums.reverse()
print(nums)  # 打印[77, 2, 5, 1, 8]
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1.3 列表嵌套

• 嵌套列表是指在列表里存放列表
• 列表的常用方法都适用于嵌套列表

# 1、创建嵌套列表
li_2d = [['a', 'b', 'c'], [1, 2, 3]]
print(type(li_2d))  # 打印
print(len(li_2d))  # 打印 2

# 2、访问嵌套列表中的元素
print(li_2d[0][2])  # 打印 'c'
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1.4 列表推导式

• 列表推导式是指循环创建列表，相当于 for 循环创建列表的简化版
• 语法：[x for x in li if x ...]

"""
实例：将 1-10 中的所有偶数平方后组成新的列表
"""

# 1、传统解决方案
result = []
for ele in range(1, 11):
    if ele % 2 == 0:
        result.append(ele ** 2)
print(result)  # 打印 [4, 16, 36, 64, 100]

# 2、使用列表推导式
result = [ele ** 2 for ele in range(1, 11) if ele % 2 == 0]
print(result)  # 打印 [4, 16, 36, 64, 100]
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2. 元祖 tuple

2.1 元组定义与使用

2.1.1 元祖的定义

• 元组是有序的不可变对象集合

因为元祖不可变，通常我们把元祖当做常量列表

• 元组使用小括号包围，各个对象之间使用逗号分隔
• 元组是异构的，可以包含多种数据类型

2.1.2 元祖的使用

2.1.2.1 创建

1. 直接使用逗号分隔
2. 通过小括号填充元素
3. 通过构造方法 tuple(iterable)

使用构造方法，tuple中的元素是可迭代对象中的所有元素

# 1、直接使用逗号分隔
t1 = 1, 2, 3
print(type(t1),t1) 
# (1, 2, 3)

t1_1=1,
print(type(t1_1),t1_1)  # (1,)
t1_2=(1,)
print(type(t1_2),t1_2)  # (1,)
t1_3=(1)
print(type(t1_3),t1_3)  # 1
#注意：使用此方式创建元素，如果只有一个元素的话，单一元素后面的逗号不可省略。都这会被认为是其他类型

# 2、通过小括号填充元素
t2 = (1, 2, 3)
print(type(t2),t2)
# (1, 2, 3)

t3 = ('a', 'b', 'c')
print(type(t3),t3)
# ('a', 'b', 'c')

# 3、通过构造函数tuple()
t4 = tuple()
print(type(t4),t4)
# ()

t5 = tuple([1, 2, 3])
print(type(t5),t5)
# (1, 2, 3)
#t5中的元素，是可迭代对象[1,2,3]中元素
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2.1.2.2 索引

• 可以通过索引值来访问对应的元素。
  • 正向索引，默认编号从 0 开始
  • 反向索引，默认编号从-1 开始

t = tuple(range(1, 6))

# 正向索引
print(t[2])

# 反向索引
print(t[-1])
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2.1.2.3 切片

[start: stop: step]:

• 三个值都是可选的，非必填
• start 值: 指示开始索引值，如果没有指定，则默认开始值为 0；
• stop 值：指示到哪个索引值结束，但不包括这个结束索引值。如果没有指定，则取元组允许的最大索引值；
• step 值：步长值指示每一步大小，如果没有指定，则默认步长值为 1。

# 切片的使用
t = (1,2,3,4,5,6)

print(t[:]) #(1, 2, 3, 4, 5, 6)
print(t[:-2]) #(1, 2, 3, 4)
print(t[2:4]) #(3, 4)
print(t[2:5:2]) #(3, 5)
# 特殊的切片写法：逆序
print(t[::-1]) #(6, 5, 4, 3, 2, 1)

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2.2 元组常用方法

2.2.1 index()

• index(item)
• 返回与目标元素相匹配的首个元素的索引。
• 目标必须在元组中存在的，否则会报错

t = (1, 3, 2, 3, 2)
print(t.index(3)) #1

t = ('h', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's', 'a')
print(t.index('a')) #4
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2.2.2 count()

• count(item)：返回某个元素出现的次数。
• 入参：对象 item
• 返回：次数

t = (1, 2, 2, 3, 3, 3, 3)
print(t.count(3)) #4

t = ('h', 'o', 'o', 'o', 'g', 'w', 'a', 'r', 't', 's')
print(t.count('a')) #1
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2.3 元组解包

元组解包：把一个可迭代对象里的元素，一并赋值到由对应的变量组成的元组中。

注意：元祖解包要求变量个数和元素个数一致

# 传统逐个赋值的方式
t = (1, 2, 3)
a = t[0]
b = t[1]
c = t[2]
print(a, b, c)  #1  2 3

# 使用元组解包平行赋值
a, b, c = (1, 2, 3)
print(a, b, c)  # 1 2 3
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2.4 元组与列表

1. 相同点

   • 都是有序的
   • 都是异构的，能够包含不同类型的对象
   • 都支持索引和切片

2. 区别

   • 声明方式不同，元组使用()，列表使用 []
   • 列表是可变的，元组是不可变的

3. 集合 set

3.1 集合定义与使用

3.1.1 集合定义

• 无序的唯一对象集合
• 用大括号{}包围，对象相互之间使用逗号分隔
• 集合是动态的，可以随时添加或删除元素
• 集合是异构的，可以包含不同类型的数据

3.1.2 集合的特点

1. 唯一性：关键特性，集合中任何对象都不会重复
2. 无序性：使用集合时python解释器不会维持元素插入顺序
3. 伸缩性：集合可根据需要随意扩展和搜索

3.1.3 集合使用

3.1.3.1 集合创建

1. 通过使用{}填充元素

注意：创建空集合是不可以单独使用{}

2. 通过构造方法 set()
3. 通过集合推导式

# 1、使用大括号{}填充元素
st1 = {1, 2, 3}
print(type(st1),st1) # {1, 2, 3}
st2 = {'a', 'b', 'c'}
print(type(st2),st2) # {'b', 'c', 'a'}

# 2、使用构造方法创建集合
st3 = set()  # 空集合
print(type(st3),st3) # set()
st4 = set('hogwarts')
print(type(st4),st4) # {'w', 's', 'h', 't', 'o', 'g', 'r', 'a'}

li = [1, 1, 2, 2, 3, 3]
st5 = set(li)
print(type(st5),st5) # {1, 2, 3}

# 3、使用集合推导式
st6 = {x for x in li}
print(type(st6),st6) # {1, 2, 3}

# 注意：不要单独使用{ }来创建空集合
st7 = {}  # 这是字典类型
print(type(st7),st7) # {}
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3.1.3.2 成员检测

• in
  • 判断元素是否在集合中存在
• not in
  • 判断元素是否在集合中不存在

"""集合使用：成员检测"""
st = {1, 2, 3, 4, 5}
# in
print(2 in st) #True

# not in
print(99 not in st) #True
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3.2 集合常用方法

3.2.1 add()

• add(item)：将单个对象添加到集合中
• 入参：对象 item
• 返回：None

"""集合方法 add()"""
# 添加元素
st = {1, 2, 3}
st.add(99)
st.add('hogwarts')
print(st) #{1, 2, 99, 3, 'hogwarts'}

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3.2.2 update()

• update(iterable)
• 批量添加来自可迭代对象中的所有元素
• 入参：可迭代对象 iterable
• 返回：None

"""集合方法 update()"""
li = [1, 2, 3]
tup = (2, 3, 4)
st = {'a', 'b', 'c'}

# 1、批量添加列表中的元素
st1 = set()
st1.update(li)
# 2、批量添加元组中的元素
st1.update(tup)
# 3、批量添加集合中的元素
st1.update(st)
print(st1) # {1, 2, 3, 4, 'c', 'b', 'a'}
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3.2.3 remove()

• remove(item)：从集合中移除指定元素 item。
• 入参：指定元素值
• 返回：None
• 如果 item 不存在于集合中则会引发 KeyError

"""集合方法 remove()"""
# 1、删除已存在的元素
st = {1, 2, 3, 4, 5}
st.remove(2)
print(st)  #{1, 3, 4, 5}

# 2、删除不存在的元素
# st.remove(1024)  # KeyError
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3.2.4 discard()

• discard(item)：从集合中移除指定对象 item。
• 入参：指定对象值
• 返回：None
• 元素 item 不存在没影响，不会抛出 KeyError 错误。

"""集合方法 discard()"""
# 1、删除已存在的元素
st = {1, 2, 3, 4, 5} 
st.remove(2)
print(st)  #{1, 3, 4, 5}

# 2、删除不存在的元素
st.discard(1024)
print(st) #{1, 3, 4, 5}
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3.2.5 pop()

• pop()：随机从集合中移除并返回一个元素。
• 入参：无。
• 返回：被移除的元组。
• 如果集合为空则会引发 KeyError。

"""集合方法 pop()"""

# 1、随机删除某个对象
st = {1, 2, 3, 4, 5}
item = st.pop()
print(item, st) #1 {2, 3, 4, 5}

# 2、集合本身为空会报错
st = set()
st.pop()  # KeyError
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3.2.6 clear()

• clear()：清空集合，移除所有元素
• 入参：无
• 返回：None

"""集合方法 clear()"""

# 1、清空集合
st = {1, 2, 3, 4, 5}
st.clear()
print(st) # set()
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3.3 集合运算

3.3.1 交集运算

• 交集运算
• intersection()
• 操作符：&

"""集合运算：交集"""

# 交集运算
set1 = {1, 3, 2}
set2 = {2, 4, 3}
print(set1.intersection(set2)) #{2, 3}
print(set1 & set2) #{2, 3}
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3.3.2 并集运算

• 并集运算
• union()
• 操作符：｜

"""集合运算：并集"""

# 求两个集合的并集
set1 = {1, 3, 2}
set2 = {2, 4, 3}
print(set1.union(set2)) #{1, 2, 3, 4}
print(set1 | set2) #{1, 2, 3, 4}
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3.3.3 差集运算

• 差集运算
• difference()
• 操作符： -

"""集合运算：差集"""
# 集合求差集
set1 = {1, 3, 2}
set2 = {2, 4, 3}

#属于集合1，不属于集合2
print(set1.difference(set2)) #{1}
print(set1 - set2) #{1}
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3.4 集合推导式

• 类似列表推导式，同样集合支持集合推导式
• 语法：{x for x in ... if ...}

# 使用推导式生成集合
st = {x for x in 'hogwarts' if x in 'hello world'}
print(st) #{'w', 'o', 'h', 'r'}
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4. 字典 dict

4.1 字典定义与使用

4.1.1 字典定义

• 字典是无序的键值对集合
• 字典用大括号{}包围
• 每个键/值对之间用一个逗号分隔
• 各个键与值之间用一个冒号分隔
• 字典是动态的
• 字典的键：任意不可变字符，通常是字符串和数值。同一字典层级内key不可重复
• 字典的值：任意python对象，可以是另外一个字典对象

4.1.2 字典的使用

4.1.2.1 创建

1. 使用大括号填充键值对
2. 通过构造方法 dict()
3. 使用字典推导式

# 1、使用大括号填充键值对
dc = {'name': 'Harry Potter', 'age': 18}
print(type(dc), dc) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 18}

# 2、使用字典构造方法
dc1 = dict()  # 空字典
dc2 = dict(name="Harry Potter", age=18)  # 关键字参数赋值
print(type(dc2), dc2) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 18}
dc3 = dict([("name", "Harry Potter"), ("age", 18)])
print(type(dc3), dc3) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 18}

# 3、使用字典推导式
dc4 = {k: v for k, v in [("name", "Harry Potter"), ("age", 18)]}
print(type(dc4), dc4) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 18}
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4.1.2.2 访问元素

• 与字典也支持中括号记法[key]。
• 字典使用键来访问其关联的值。
• 访问时对应的 key 必须要存在

"""字典使用：访问元素"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}
# 1、访问存在的key
print(dc["name"]) # Harry Potter
print(dc["age"]) # 18

# 2、访问不存在的key，会报KeyError错误
print(dc['hobby']) # KeyError: 'hobby'
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4.1.2.3 操作元素

• 语法：dict[key] = value
• 添加元素
  • 键不存在
• 修改元素
  • 键已经存在

"""字典使用：操作元素"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}
# 1、修改年龄，改为20
dc['age'] = 20
print(dc) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 20}

# 2、新增hobby字段
dc['hobby'] = 'Magic'
print(dc) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 20, 'hobby': 'Magic'}
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4.1.2.4 嵌套字典

• 嵌套字典
• 字典的值可以是字典对象

"""字典使用：嵌套字典"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18, "course": {"magic": 90, "python": 80}}
# 1、获取课程Magic的值
print(dc['course']['magic']) #90

# 2、把python分数改成100分
dc['course']['python'] = 100
print(dc) #{'name': 'Harry Potter', 'age': 18, 'course': {'magic': 90, 'python': 100}}
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4.2 字典常用方法

4.2.1 keys()

• keys()
• 返回由字典键组成的一个新视图对象。
• 入参：无

"""字典方法 keys()"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}
keys = dc.keys()
print(type(keys), keys) # dict_keys(['name', 'age'])

# 1、遍历查看所有的键
for key in keys:
    print(key)
# name
# age

# 2、将视图对象转成列表
print(list(keys)) #['name', 'age']
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4.2.2 values()

• values()
• 返回由字典值组成的一个新视图对象。

"""字典方法 values()"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}
values = dc.values()
print(type(values), values) # dict_values(['Harry Potter', 18])

# 1、遍历查看所有的值
for value in values:
    print(value)
# Harry Potter
# 18

# 2、将视图对象转成列表
print(list(values)) # ['Harry Potter', 18]
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4.2.3 items()

• items()
• 返回由字典项 ((键, 值) 对) 组成的一个新视图对象。

"""字典方法 items()"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}
items = dc.items()
print(type(items), items) #  dict_items([('name', 'Harry Potter'), ('age', 18)])

# 1、遍历查看所有的项
for item in items:
    print(item)
# ('name', 'Harry Potter')
# ('age', 18)

# 2、将视图对象转成列表
print(list(items)) # [('name', 'Harry Potter'), ('age', 18)]
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4.2.4 get()

• get(key)
• 获取指定 key 关联的 value 值。
• 入参：
  • key：字典的键，必传。
• 返回：
  • 如果 key 存在于字典中，返回 key 关联的 value 值。
  • 如果 key 不存在，则返回 None。
• 此方法的好处是无需担心 key 是否存在，永远都不会引发 KeyError 错误。

"""字典方法 pop()"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}

# 1、访问存在的key
name = dc['name']
print(name) #Harry Potter

# 2、访问不存在的key
hobby = dc.get('hobby')
print(hobby) # None
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4.2.5 update()

• update(dict)
• 使用来自 dict 的键/值对更新字典，覆盖原有的键和值。
• 入参：
  • dc：字典对象，必传
• 返回：None

dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}
dc.update({"age": 20, "hobby": "magic"})
print(dc) # {'name': 'Harry Potter', 'age': 20, 'hobby': 'magic'}
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4.2.6 pop()

• pop(key)
• 删除指定 key 的键值对，并返回对应 value 值。
• 入参：
  • key：必传
• 返回：
  • 如果 key 存在于字典中，则将其移除并返回 value 值
  • 如果 key 不存在于字典中，则会引发 KeyError。

"""字典方法 pop()"""
dc = {"name": "Harry Potter", "age": 18}

# 1、弹出
item = dc.pop("age")
print(dc, item) #{'name': 'Harry Potter'}  18

# 2、删除不存在的key
# dc.pop("hobby")  # 报错keyError
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4.3 字典推导式

• 字典推导式：可以从任何以键值对作为元素的可迭代对象中构建出字典。
• 实例：给定一个字典对象{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}，找出其中所有大于 1 的键值对，同时 value 值进行平方运算。

# 未使用字典推导式的写法
dc = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
d_old = dict()
for k, v in dc.items():
    if v > 1:
        d_old[k] = v ** 2
print(d_old) #{'b': 4, 'c': 9}

# 使用字典推导式
d_new = {k : v ** 2 for k,v in dc.items() if v > 1 }
print(d_new) #{'b': 4, 'c': 9}
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