Python学习笔记（3）-数据结构

数据结构

序列

序列是Python中最基本的一种数据结构，数据结构指计算机中数据存储的方式，序列用于保存一组有序的数据，所有的数据在序列当中都有一个唯一的位置（索引），并且序列中的数据会按照添加的顺序来分配索引
序列的分类
可变序列（序列中的元素可以改变）

• 列表（list）

不可变序列（序列中的元素不能改变）

• 字符串（str）
• 元组（tuple）
• 集合（set）

可变对象
每个对象中都保存了三个数据

• id（标识）
• type（类型）
• value（值）

列表就是一个可变对象
a = [1,2,3]
a[0] = 10 （改对象）

1. 这个操作是在通过变量去修改对象的值
2. 这种操作不会改变变量所指向的对象
3. 当我们去修改对象时，如果有其他变量也指向了该对象，则修改也会在其他的变量中体现

a = [4,5,6] （改变量）

1. 这个操作是在给变量重新赋值
2. 这种操作会改变变量所指向的对象
3. 为一个变量重新赋值时，不会影响其他的变量
4. 一般只有在为变量赋值时才是修改变量，其余的都是修改对象

列表

列表是Python中的一个用来存储对象的对象，对象是内存中专门用来存储数据的一块区域，数值只能保存一个单一的数据，列表中可以保存多个有序的数据

基本使用

1.创建列表，通过[]来创建列表

my_list = []  创建了一个空列表

2.列表存储的数据，我们称为元素，一个列表中可以存储多个元素，也可以在创建列表时，来指定列表中的元素

my_list = [10]  创建一个只包含一个元素的列表

3.当向列表中添加多个元素时，多个元素之间使用,隔开

my_list = [10,20,30,40,50]  创建了一个包含5个元素的列表

4.列表中可以保存任意的对象

my_list = [10,'hello',True,None,[1,2,3],print]

5.通过索引获取列表中的元素
列表中的对象都会按照插入的顺序存储到列表中，第一个插入的对象保存到第一个位置，第二个保存到第二个位置，我们可以通过索引（index）来获取列表中的元素，索引是元素在列表中的位置，列表中的每一个元素都有一个索引，索引是从0开始的整数，列表第一个位置索引为0，第二个位置索引为1，第三个位置索引为2，以此类推，列表的索引也可以是负数，如果索引是负数，则从后向前获取元素，-1表示倒数第一个，-2表示倒数第二个，以此类推
list[索引]
如果使用的索引超过了最大的范围，会抛出异常，IndexError: list index out
of range

切片

切片指从现有列表中，获取一个子列表
1.通过切片来获取指定的元素
2.语法：列表[起始:结束:步长]

1. 通过切片获取元素时，会包括起始位置的元素，不会包括结束位置的元素
2. 做切片操作时，总会返回一个新的列表，不会影响原来的列表
3. 起始和结束位置的索引都可以省略不写
4. 如果省略结束位置，则会一直截取到最后
5. 如果省略起始位置，则会从第一个元素开始截取
6. 如果起始位置和结束位置全部省略，则相当于创建了一个列表的副本
7. 步长表示，每次获取元素的间隔，默认值是1
8. 步长不能是0，可以是负数，如果是负数，则会从列表的后部向前边取元素

函数

+和*

1. +可以将两个列表拼接为一个列表
2. *可以将列表重复指定的次数

in和not in

1. in用来检查指定元素是否存在于列表中,如果存在，返回True，否则返回False
2. not in用来检查指定元素是否不在列表中,如果不在，返回True，否则返回False

len()

获取列表中的元素的个数，获取到的长度的值，是列表的最大索引+1

min()

获取列表中的最小值

max()

获取列表中的最大值

list.index('xx', x, x)

获取指定元素在列表中的第一次出现时索引，index()的第二个参数，表示查找的起始位置，第三个参数，表示查找的结束位置

list.count('xx')

统计指定元素在列表中出现的次数
方法和函数基本上是一样，只不过方法必须通过对象.方法()的形式调用

通过索引来修改元素

stus[0] = 'sunwukong'

通过del来删除元素

del stus[2]

通过切片来修改列表

在给切片进行赋值时，只能使用序列
stus[0:2] = ['牛魔王','红孩儿']
使用新的元素替换旧元素
stus[0:2] = ['牛魔王','红孩儿','二郎神']
stus[0:0] = ['牛魔王']
向索引为0的位置插入元素
当设置了步长时，序列中元素的个数必须和切片中元素的个数一致
stus[::2] = ['牛魔王','红孩儿','二郎神']

通过切片来删除元素

del stus[0:2]
del stus[::2]
以上操作，只适用于可变序列，可以通过list()函数将其他的序列转换为list

方法

append()

向列表的最后添加一个元素

insert()

向列表的指定位置插入一个元素
参数：
1.要插入的位置
2.要插入的元素
stus.insert(x, 'xx')

extend()

使用新的序列来扩展当前序列，需要一个序列作为参数，它会将该序列中的元素添加到当前列表中
stus.extend(x)

clear()

清空序列

pop()

根据索引删除并返回被删除的元素
result = list.pop(2)
删除索引为2的元素
result = list.pop()
删除最后一个

remove()

删除指定值的元素，如果相同值得元素有多个，只会删除第一个

reverse()

用来反转列表
stus.reverse()

sort()

用来对列表中的元素进行排序，默认是升序排列，如果需要降序排列，则需要传递一个reverse=True作为参数

遍历列表

通过for循环来遍历列表

语法：
   for 变量 in 序列 :
      代码块

for循环的代码块会执行多次，序列中有几个元素就会执行几次，每执行一次就会将序列中的一个元素赋值给变量，所以我们可以通过变量，来获取列表中的元素

元组

元组是一个不可变的序列，它的操作的方式基本上和列表是一致的

基本使用

1.创建元组,使用()来创建元组

my_tuple = (), 创建了一个空元组

2.创建了一个5个元素的元组

my_tuple = (1,2,3,4,5)

元组是不可变对象，不能尝试为元组中的元素重新赋值
当元组不是空元组时，括号可以省略，如果元组不是空元组，它里边至少要有一个

my_tuple = 10,20,30,40
my_tuple = 40,
my_tuple = 10 , 20 , 30 , 40

解包

解包指就是将元组当中每一个元素都赋值给一个变量

a,b,c,d = my_tuple

交换a和b的值，这时我们就可以利用元组的解包

a , b = b , a
my_tuple = 10 , 20 , 30 , 40

在对一个元组进行解包时，变量的数量必须和元组中的元素的数量一致，也可以在变量前边添加一个*，这样变量将会获取元组中所有剩余的元素

a , b , \*c = my_tuple
a , \*b , c = my_tuple
\*a , b , c = my_tuple
a , b , \*c = [1,2,3,4,5,6,7]
a , b , \*c = 'hello world'

不能同时出现两个或以上的*变量
== !=  is is not
== != 比较的是对象的值是否相等
is is not 比较的是对象的id是否相等（比较两个对象是否是同一个对象）

字典

1.字典属于一种新的数据结构，称为映射（mapping），字典的作用和列表类似，都是用来存储对象的容器，列表存储数据的性能很好，但是查询数据的性能的很差
在字典中每一个元素都有一个唯一的名字，通过这个唯一的名字可以快速的查找到指定的元素，在查询元素时，字典的效率是非常快的
2.在字典中可以保存多个对象，每个对象都会有一个唯一的名字，这个唯一的名字，我们称其为键（key），通过key可以快速的查询value，这个对象，我们称其为值（value），所以字典，我们也称为叫做键值对（key-value）结构，每个字典中都可以有多个键值对，而每一个键值对我们称其为一项（item）

基本使用

使用{}来创建字典

d = {}
创建了一个空字典
创建一个包含数据的字典
语法：

{key:value,key:value,key:value}

字典的值可以是任意对象
字典的键可以是任意的不可变对象（int、str、bool、tuple ...），但是一般我们都会使用str
字典的键是不能重复的，如果出现重复的后边的#### 会替换到前边的

使用 dict()函数来创建字典

每一个参数都是一个键值对（这种方式创建的字典，key都是字符串）
d = dict(name='孙悟空',age=18,gender='男')
也可以将一个包含有双值子序列的序列转换为字典
双值序列，序列中只有两个值，[1,2] ('a',3) 'ab'
子序列，如果序列中的元素也是序列，那么我们就称这个元素为子序列
d = dict([('name','孙悟饭'),('age',18)])

根据键来获取值

语法：d[key]
通过[]来获取值时，如果键不存在，会抛出异常 KeyError
get(key[, default]) 该方法用来根据键来获取字典中的值，如果获取的键在字典中不存在，会返回None，也可以指定一个默认值，来作为第二个参数，这样获取不到值时将会返回默认值
修改字典
d[key] = value 如果key存在则覆盖，不存在则添加
setdefault(key[, default]) 可以用来向字典中添加key-value
如果key已经存在于字典中，则返回key的值，不会对字典做任何操作
如果key不存在，则向字典中添加这个key，并设置value

常用方法

in

检查字典中是否包含指定的键

not in

检查字典中是否不包含指定的键

len()

获取字典中键值对的个数

update([other])

将其他的字典中的key-value添加到当前字典中,如果有重复的key，则后边的会替换到当前的

d = {'a':1,'b':2,'c':3}
d2 = {'d':4,'e':5,'f':6, 'a':7}
d.update(d2)

del d['key']

删除，可以使用del来删除字典中的key-value

popitem()

随机删除字典中的一个键值对，一般都会删除最后一个键值对
删除之后，它会将删除的key-value作为返回值返回,返回的是一个元组，元组中有两个元素，第一个元素是删除的key，第二个是删除的value
当使用popitem()删除一个空字典时，会抛出异常KeyError:'popitem():dictionary is empty'

pop(key[, default])

根据key删除字典中的key-value，会将被删除的value返回
如果删除不存在的key，会抛出异常
如果指定了默认值，再删除不存在的key时，不会报错，而是直接返回默认值

result = d.pop('d')
result = d.pop('z','这是默认值')

clear()

用来清空字典

d.clear()

copy()

该方法用于对字典进行浅复制
复制以后的对象，和原对象是独立，修改一个不会影响另一个
注意，浅复制会简单复制对象内部的值，如果值也是一个可变对象，这个可变对象不会被复制

d = {'a':1,'b':2,'c':3}
d2 = d.copy()
d = {'a':{'name':'孙悟空','age':18},'b':2,'c':3}
d2 = d.copy()

遍历字典

keys()

该方法会返回一个序列，序列中保存有字典的所有的键
通过遍历keys()来获取所有的键

for k in d.keys() :
     print(k , d[k])

values()

该方法会返回一个序列，序列中保存有字典的所有的值

for v in d.values():
     print(v)

items()

该方法会返回字典中所有的项,它会返回一个序列，序列中包含有双值子序列
双值分别是，字典中的key和value

for k,v in d.items() :
    print(k , '=' , v)

集合

集合和列表非常相似
不同点：

1. 集合中只能存储不可变对象
2. 集合中存储的对象是无序
3. 集合中不能出现重复的元素

基本使用

使用{}来创建集合

s = {10,3,5,1,2,1,2,3,1,1,1,1}
s = {[1,2,3],[4,6,7]} TypeError: unhashable type: 'list'

使用 set()函数来创建集合

s = set()空集合
可以通过set()来将序列和字典转换为集合
s = set([1,2,3,4,5,1,1,2,3,4,5])
s = set('hello')
s = set({'a':1,'b':2,'c':3}) 使用set()将字典转换为集合时，只会包含字典中的键

常用方法

• 使用in和not in来检查集合中的元素
• 使用len()来获取集合中元素的数量
• add() 向集合中添加元素
• update() 将一个集合中的元素添加到当前集合中，update()可以传递序列或字典作为参数，字典只会使用键

s2 = set('hello')
s.update(s2)
s.update((10,20,30,40,50))
s.update({10:'ab',20:'bc',100:'cd',1000:'ef'})

• pop() 随机删除并返回一个集合中的元素

result = s.pop()

• remove() 删除集合中的指定元素

s.remove(x)

• clear()清空集合
• copy() 对集合进行浅复制

集合运算

创建两个集合
s = {1,2,3,4,5}
s2 = {3,4,5,6,7}

& 交集

result = s & s2  {3, 4, 5}

| 并集

result = s | s2  {1,2,3,4,5,6,7}

- 差集

result = s - s2  {1, 2}

^ 异或集

result = s ^ s2  {1, 2, 6, 7}

>=/<= 超/子集

如果a集合中的元素全部都在b集合中出现，那么a集合就是b集合的子集，b集合是a集合超集
a = {1,2,3}
b = {1,2,3,4,5}
result = a <= b  True
result = {1,2,3} <= {1,2,3}  True
result = {1,2,3,4,5} <= {1,2,3}  False

>/< 真超/子集

如果超集b中含有子集a中所有元素，并且b中还有a中没有的元素，则b就是a的真超集，a是b的真子集
result = {1,2,3} < {1,2,3}  False
result = {1,2,3} < {1,2,3,4,5}  True