教师妹学python之五：数据结构

5.1 什么是数据结构？

现实世界中，我们经常需要一些“容器”来存储生活中使用的小物件。比如使用存钱罐存硬币、抽屉存媳妇用的护肤品、首饰等。通常我们如果将硬币、护肤品当成前文讲到的基本数据类型的实例，那么存钱罐、抽屉就可以类比成存储多个基本数据类型实例的容器，即Python的数据结构。

在互联网世界中也是一样，如下图豆瓣网展示，同类型的数据可以存储在一个容器中。

Python有四种基本数据结构，分别是：列表(list)、字典(dict)、元组(tuple)、集合(set)。我们先从整体上来认识一下这四种数据结构：

5.2 列表（list）

列表是最常用的Python数据类型，创建一个列表，只要把逗号分隔的不同的数据项使用方括号括起来即可。

list = ['physics', 'chemistry', 1997, 2000]

理解list，可以类比下图的手机袋；每个手机袋可以装一个物品，记着储物袋编号就能找到你物品所在位置。

而这个编号，在Python列表中被称作索引，而且列表的索引是从 0 开始，即列表的第一个值的索引为0，最后一个值的索引为-1。如下图所示：

5.2.1 增

list.append()函数

# list创建
list = ['hello', 'world']
# list追加元素
list.append('qa.yw')
print(list)
>> ['hello', 'world', 'qa.yw']

5.2.2 删

del list[index]

# list创建
list = ['hello', 'world']
# list追加元素
list.append('qa.yw')

del list[1]
print(list)
>> ['hello', 'qa.yw']

5.2.3 改

# list创建
list = ['hello', 'world']
# list追加元素
list.append('qa.yw')
print(list)
>> ['hello', 'world', 'qa.yw']
list[2] = 'qa'
print(list)
>> ['hello', 'world', 'qa']

5.2.4 查

list[index]

# list创建
list = ['hello', 'world']
# list追加元素
list.append('qa.yw')
print(list[1])
>> world

5.2.5 切片

1. list[start_index:end_index]

nums = [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90]
print(nums[2:7])
>> [30, 40, 50, 60, 70]

1. list[start_index:]

nums = [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90]
print(nums[2:])
>> [30, 40, 50, 60, 70, 80, 90]

1. list[::-1] 列表反转

nums = [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90]
print(nums[::-1])
>> [90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10]
print(nums)
>> [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90]

注意：此时列表反转并未对真正对nums进行元素反转。

5.2.6 排序

1. sorted(a,reverse=True)-降序

nums = [80, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 10, 90]
print(sorted(nums, reverse=True))
>> [90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10]

1. sorted(nums, reverse=False)-升序

nums = [80, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 10, 90]
print(sorted(nums, reverse=False))
>> [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90]

5.2.7 列表方法总结

序号	函数
1	len(list) 列表元素个数
2	max(list) 返回列表元素最大值
3	min(list) 返回列表元素最小值
4	list(seq) 将元组转换为列表
5	list.append(obj) 在列表末尾添加新的对象
2	list.count(obj) 统计某个元素在列表中出现的次数
7	list.extend(seq) 在列表末尾一次性追加另一个序列中的多个值（用新列表扩展原来的列表）
8	list.index(obj) 从列表中找出某个值第一个匹配项的索引位置
9	list.insert(index, obj) 将对象插入列表

5.3 字典（dict）

字典数据结构，可以借助真正的字典来理解。如下图：每个字都对应其释义。那么每个字就是对应右图的key，释义对应的value。

字典的每个键值 key=>value 对用冒号 : 分割，每个对之间用逗号(,)分割，整个字典包括在花括号 {} 中 ,格式如下所示：

d = {key1 : value1, key2 : value2, key3 : value3 }

字典的特点：

1）不允许同一个键出现两次。创建时如果同一个键被赋值两次，后一个值会被记住，如下实例：

dict = {'Name': 'qa.yw', 'Age': 7}

print("dict['Name']: ", dict['Name'])
>> dict['Name']: qa.yw

2）键必须不可变，所以可以用数字，字符串或元组充当，而用列表就不行，如下实例：

dict = {['Name']: 'qa.yw', 'Age': 7}
 
print ("dict['Name']: ", dict['Name'])
>> TypeError: unhashable type: 'list'

5.3.1 增

增加字典很简单，在字典中增加key-value即可。    

dict1 = { 'abc': 456 }
dict1['bcd'] = 567
print(dict1)
>> {'abc': 456, 'bcd': 567}

5.3.2 删

能删单一的元素也能清空字典，清空只需一项操作。显示删除一个字典用del命令，如下实例：

dict = {'Name': 'qa.yw', 'Age': 7, 'Class': 'First'}

del dict['Name']  # 删除键 'Name'
dict.clear()  # 清空字典
del dict  # 删除字典

print("dict['Age']: ", dict['Age'])
print("dict['School']: ", dict['School'])
>> 
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/younger/PycharmProjects/TeachWifeLearnPython/chapter_five/数据结构.py", line 47, in <module>
    print("dict['Age']: ", dict['Age'])
TypeError: 'type' object is not subscriptable

上述引发一个异常，是因为用执行 del 操作后字典不再存在：

5.3.3 改

dict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'}
 
dict['Age'] = 8               # 更新 Age
 
print ("dict['Age']: ", dict['Age'])
>> dict['Age']:  8

5.3.4 查

dict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'}
 
print ("dict['Name']: ", dict['Name'])
print ("dict['Age']: ", dict['Age'])
>> dict['Name']:  Runoob
dict['Age']:  7

5.3.5 内置函数

序号	函数及描述	实例
1	len(dict) 计算字典元素个数，即键的总数。	>>> dict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'} >>> len(dict) 3
2	str(dict) 输出字典，以可打印的字符串表示。	>>> dict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'} >>> str(dict) "{'Name': 'Runoob', 'Class': 'First', 'Age': 7}"
3	type(variable) 返回输入的变量类型，如果变量是字典就返回字典类型。	>>> dict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'} >>> type(dict) <class 'dict'>
1	radiansdict.clear() 删除字典内所有元素
2	radiansdict.copy() 返回一个字典的浅复制
3	radiansdict.fromkeys() 创建一个新字典，以序列seq中元素做字典的键，val为字典所有键对应的初始值
4	radiansdict.get(key, default=None) 返回指定键的值，如果键不在字典中返回 default 设置的默认值
5	key in dict 如果键在字典dict里返回true，否则返回false

5.4 元组（tuple）

元素其实可以理解成一个稳固版的列表，由于元祖的元素是不可修改的，因为在列表中存在的方法均不可使用在元祖上，但是元组是可以被查询索引的，方式和列表一致。

nums = [80, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 10, 90]
# list转为tuple
nums = tuple(nums) 
print(nums)
>> (80, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 10, 90)
print(nums[1])
>> 20

5.5 集合（set）

集合概念更接近数学上集合的概念，每一个集合的元素是无序的，而且是不能重复的。当我们需要存储并过滤重复元素的时候，可以考虑使用集合数据结构。

由于集合有无序特点，故不能通过索引的方式取集合元素。

1. 增加集合元素

set = {1,2,3}
set.add(4)
print(set)

1. 删除集合元素

set = {1,2,3}
set.add(4)
print(set)
set.discard(3)
print(set)
>> {1,2,4}

1. difference() 方法用于返回集合的差集，即返回的集合元素包含在第一个集合中，但不包含在第二个集合(方法的参数)中。

set_A = {1,2,3}
set_B = {1,2,4}
print(set_A.difference(set_B))
>> {3}