Python数据结构与算法--数据类型
从数据类型开始
Python支持面向对象的编程范式，这意味着Python把数据看成解决问题的关键. 在Python中,类似其他的面向对象的编程语言, 我们定义一个类，用来描述数据是什么 (状态) 和数据能做些什么 (行为). 类和抽象数据类型相似，因为一个类的用户只看数据项的状态和行为. 数据项在面向对象编程中被称为对象. 对象是类的实例.
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内置的原子数据类型
我们从原子数据类型开始我们的回顾. Python有两种主要的内建数据类：int和float. 标准的算术操作：+, -, *, /, and ** (幂运算), 可以使用括号改变运算优先级.其他非常有用的操作符为取余运算%, 和整数除法运算//. 注意：当两个整数相除的时候，结果是一个浮点型数. 整数除法操作返回截断小数之后的整数部分.
>>> print 2+3*4 14 >>> print (2+3)*4 20 >>> print 2**10 1024 >>> print 6/3 2 >>> print 7/3 2 >>> print 7//3 2 >>> print 7%3 1 >>> print 3/6 0 >>> print 3//6 0 >>> print 3%6 3 >>> print 2**100 1267650600228229401496703205376
boolean类型,由Python的 bool 类提供实现,在表示真值的时候非常有用. 对于一个boolean对象而言，只有两个值：True and False，标准的boolean类型操作： and, or, 和not.
>>> True True >>> False False >>> False or True True >>> not (False or True) False >>> True and True True
Boolean数据对象也被用于表示比较运算符的结果，比如：相等 (==) 和大于 (>). 另外, 关系运算符和逻辑运算符可以组合在一起来解决复杂的逻辑问题. 表1 展示了逻辑关系操作，后面还展示了相关的例子.
| 操作名 | 操作符 | 说明 |
|---|---|---|
| 小于 | < | 小于操作符 |
| 大于 | > | 大于操作符 |
| 小于等于 | <= | 小于等于操作符 |
| 大于等于 | >= | 大于等于操作符 |
| 等于 | == | 等于操作符 |
| 不等于 | != | 不等于操作符 |
| 逻辑与 | and | 两个同时为True时候才为True |
| 逻辑或 | or | 两个中至少有一个为True，结果为True |
| 逻辑非 | not | 否定, False 变为True, True 变为False |
示例代码：
>>> print(5==10) False >>> print(10 > 5) True >>> print((5 >= 1) and (5 <= 10)) True
标识符以名字的形式被用于程序语言. 在Python中, 标识符以字母或一条下划线开始，大小写敏感且可以是任意长度.记住经常使用变量来表达你的意思，使得你的代码更加简单的被阅读和理解.一个 Python 变量被创建一旦被赋予左值. 赋值语句提供了一种联系变量和值的方法. 变量保持一个指向数据区域的引用，并不是数据本身. 看下面的代码:
>>> theSum = 0 >>> theSum 0 >>> theSum += 1 >>> theSum 1 >>> theSum = True >>> theSum True
内建集合数据类型
作为数据类型和布尔类型的补充, Python还有一些内建的集合类型. Lists, strings, 和 tuples（元组）都是有序集合，非常类似普通的结构但是有些特殊的不同点，所以必须理解它们这样才能正确地使用它们. Sets 和 dictionaries 是无序集合.
list 是一个空的或多个指向Python数据对象类型的引用. Lists 通常写为用方括号包含的一些用逗号分隔的值. 空表表示为 [ ]. Lists内部的元素可以是不同的数据对象, 下面的例子展示了一个list中不同的数据类型.
>>> [1,3,True,6.5] [1, 3, True, 6.5] >>> myList = [1,3,True,6.5] >>> myList [1, 3, True, 6.5]
当给list赋值的时候, list被返回. 但是, 想在 list上作操, 就需要将其赋值给一个对象.
lists 被认为是连续的序列, 它们支持一些可用于其他序列的通用操作. 表2 展示了这些操作，接着给出一些例子来进一步说明它们的应用.
| 操作名 | 操作符 | 解释 |
|---|---|---|
| 索引 | [ ] | 访问 sequence中的元素 |
| 连接 | + | 合并sequences |
| 重复 | * | 连续重复次数 |
| 成员 | in | 判断元素是否在quence中 |
| 长度 | len | 计算sequence的长度 |
| 分片 | [ : ] | 给sequence分片 |
注意到lists (序列)的索引从0开始. 取片操作, myList[1:3], 返回list的数据项，起始于1结束但不包含3.有时, 你想初始化一个list. 可以使用重复来快速的完成. 例如,
>>> myList = [0]*6
>>> myList
[0, 0, 0, 0, 0, 0]
通过下面的例子很容易理解:
>>> myList = [1,2,3,4] >>> A=[myList]*3 >>> print(A) [[1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4]] >>> myList[2]=45 >>> print(A) [[1, 2, 45, 4], [1, 2, 45, 4], [1, 2, 45, 4]]
Lists 提供大量用于构建数据结构的方法.表3 提供概要. 接着是一些例子.
| 方法名 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
append |
alist.append(item) |
在list的结尾添加一个项 |
insert |
alist.insert(i,item) |
在list的第i个位置插入一个项 |
pop |
alist.pop() |
移除并返回list中的最后一个元素 |
pop |
alist.pop(i) |
移除并返回list中的第i个位置的元素 |
sort |
alist.sort() |
排序修改list |
reverse |
alist.reverse() |
将list倒序操作 |
del |
del alist[i] |
删除第i个位置的元素 |
index |
alist.index(item) |
返回第一次出现 item 的索引 |
count |
alist.count(item) |
返回出现 item 的次数 |
remove |
alist.remove(item) |
删除第一次出现的 item |
list中的方法示例代码：
>>> myList = [1024, 3, True, 6.5] >>> myList.append(False) >>> print(myList) [1024, 3, True, 6.5, False] >>> myList.insert(2, 4.5) >>> print(myList) [1024, 3, 4.5, True, 6.5, False] >>> print(myList.pop()) False >>> print(myList) [1024, 3, 4.5, True, 6.5] >>> print(myList.pop(1)) 3 >>> print(myList) [1024, 4.5, True, 6.5] >>> myList.pop(2) True >>> print(myList) [1024, 4.5, 6.5] >>> myList.sort() >>> print(myList) [4.5, 6.5, 1024] >>> myList.reverse() >>> print(myList) [1024, 6.5, 4.5] >>> print(myList.count(6.5)) 1 >>> print(myList.index(4.5)) 2 >>> myList.remove(6.5) >>> print(myList) [1024, 4.5] >>> del myList[0] >>> print(myList) [4.5]
即使像整型这样的对象也可以调用方法如下：
>>> (54).__add__(21) 75
上面的代码中我们使整型对象 54 执行 add 方法(称为 __add__ ) 并且传递 21 作为被加数. 结果是它们的和, 75. 当然, 我们通常写作 54+21. 在后面还将详细介绍这个方法.
一个Python经常用来连接lists的常见函数： range 函数.range 产生了一个范围内的对象. 通过使用 list 函数, 可以看到list中指定范围内的值，如下面的代码所示：
>>> range(10) [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> range(0, 10) [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> list(range(10)) [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> range(5,10) [5, 6, 7, 8, 9] >>> list(range(5,10)) [5, 6, 7, 8, 9] >>> list(range(5,10,2)) [5, 7, 9] >>> list(range(10,1,-1)) [10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2]
Strings 包含0个或多个数字或其他的字符的连续的顺序集合. 我们称这些为字母, 数字和其他的符号字符.
>>> "David" 'David' >>> myName = "David" >>> myName[3] 'i' >>> myName * 2 'DavidDavid' >>> len(myName) 5
既然strings是序列, all of the 上面提到的序列的所有操作都可以使用. 然而, strings 还有一些自身的方法, 如表 4所示. 例如,
>>> myName 'David' >>> myName.upper() 'DAVID' >>> myName.center(10) ' David ' >>> myName.find('v') 2 >>> myName.split('v') ['Da', 'id']
| 方法名 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
center |
astring.center(w) |
返回一个以 w 为宽度的居中字符串 |
count |
astring.count(item) |
返回字符串中包含 item 的个数 |
ljust |
astring.ljust(w) |
返回一个以 w 为宽度的左对齐字符串 |
lower |
astring.lower() |
返回string的小写形式 |
rjust |
astring.rjust(w) |
返回一个以 w 为宽度的右对齐字符串 |
find |
astring.find(item) |
返回第一次出现 item 的索引 |
split |
astring.split(schar) |
将string以 schar为分隔符划分为子串 |
lists 和 strings的主要区别是 lists 可以修改但是 strings 不能修改. 例如, 你可以通过索引和赋值改变项的值. 对于string不能发生改变.
>>> myList = [1,3,True,6.5] >>> myList[0] = 2 ** 10 >>> myList [1024, 3, True, 6.5] >>> myName = 'David' >>> myName[0] = 'X' Traceback (most recent call last): File "<pyshell#81>", line 1, in <module> myName[0] = 'X' TypeError: 'str' object does not support item assignment
Tuples（元组）非常类似于lists，因为它们的元素都可以是不同类型的.不同的是tuple是不可以变的, 就像 string. Tuples是一组用圆括号包围的用逗号分隔的值. 作为序列，你可以使用上面介绍的所有方法. 例如：
>>> myTuple = (2, True, 4.32) >>> myTuple (2, True, 4.32) >>> len(myTuple) 3 >>> myTuple[0] 2 >>> myTuple * 3 (2, True, 4.32, 2, True, 4.32, 2, True, 4.32) >>> myTuple[0:2] (2, True)
然而，假如你试图修改元组中的元素，就会出错，如下所示.
>>> myTuple[1] = false Traceback (most recent call last): File "<pyshell#92>", line 1, in <module> myTuple[1] = false NameError: name 'false' is not defined
set 是一个包含0个或多个不可变Python对象的无序集合. 空set 表示为 set(). Sets 的元素类型多样.
>>> {3,6,"cat",4.3,False}
set([False, 3, 4.3, 6, 'cat'])
>>> mySet = {3,6,"cat",4.3,False}
>>> mySet
set([False, 3, 4.3, 6, 'cat'])
| 操作名 | 操作 | 说明 |
|---|---|---|
| 成员 | in | 判断成员 |
| 长度 | len | 返回set中的元素个数 |
| |
aset | otherset |
返回一个新的set，作为并集 |
& |
aset & otherset |
返回一个新的set，作为交集 |
- |
aset - otherset |
返回一个新的set，作为差集 |
<= |
aset <= otherset |
判断第一个集合是否为第二个集合的子集 |
>>> {3,6,"cat",4.3,False}
set([False, 3, 4.3, 6, 'cat'])
>>> mySet = {3,6,"cat",4.3,False}
>>> mySet
set([False, 3, 4.3, 6, 'cat'])
>>>
>>> mySet = {3,6,"cat",4.3,False}
>>> len(mySet)
5
>>> False in mySet
True
>>> "dog" in mySet
False
>>> yourSet = {3,1,"cat",4.7,False}
>>> mySet | yourSet
set([False, 1, 3, 6, 4.3, 'cat', 4.7])
>>> mySet & yourSet
set([False, 3, 'cat'])
>>> mySet - yourSet
set([4.3, 6])
>>> mySet <= yourSet
False
Sets 提供的方法类似于数学中的集合. 表 6 提供了概要. 例子如下所示：
| 方法名 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
union |
aset.union(otherset) |
返回一个新的set，元素由两个set的并集组成 |
intersection |
aset.intersection(otherset) |
返回一个新的set ，元素由两个set的交集组成 |
difference |
aset.difference(otherset) |
返回一个新的set，元素由两个set的差组成 |
issubset |
aset.issubset(otherset) |
判断第一个set中的所有元素是不是在第二个set中 |
add |
aset.add(item) |
向set中添加元素 |
remove |
aset.remove(item) |
从set中删除元素 |
pop |
aset.pop() |
从set中删除任意元素 |
clear |
aset.clear() |
将set中所有元素删除 |
>>> mySet = {False, 4.5, 3, 6, 'cat'}
>>> yourSet = {99, 3, 100}
>>> mySet.union(yourSet)
set([4.5, False, 3, 100, 6, 'cat', 99])
>>> mySet | yourSet
set([4.5, False, 3, 100, 6, 'cat', 99])
>>> mySet.intersection(yourSet)
set([3])
>>> mySet & yourSet
set([3])
>>> mySet.difference(yourSet)
set([4.5, False, 6, 'cat'])
>>> mySet - yourSet
set([4.5, False, 6, 'cat'])
>>> {3, 100}.issubset(yourSet)
True
>>> {3, 100}<=yourSet
True
>>> mySet.add("house")
>>> mySet
set([4.5, False, 3, 6, 'house', 'cat'])
>>> mySet.remove(4.5)
>>> mySet
set([False, 3, 6, 'house', 'cat'])
>>> mySet.pop()
False
>>> mySet
set([3, 6, 'house', 'cat'])
>>> mySet.clear()
>>> mySet
set([])
Dictionaries（字典）既有方法又有操作. 表7 和 表 8 描述了它们.
| 操作符 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
[] |
myDict[k] |
返回键为 k 的值，否则发生错误 |
in |
key in adict |
当key在字典中的时候返回 True 否则返回 False |
del |
del adict[key] |
删除所有的 dictionary 元素 |
>>> phoneext = {'david':1410, 'brad':1137}
>>> phoneext
{'brad': 1137, 'david': 1410}
>>> phoneext.keys()
['brad', 'david']
>>> phoneext.values()
[1137, 1410]
>>> phoneext.items()
[('brad', 1137), ('david', 1410)]
>>> phoneext.get("kent")
| 方法名 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
keys |
adict.keys() |
返回dictionary中的key |
values |
adict.values() |
返回dictionary中的值 |
items |
adict.items() |
返回字典中的所有键-值对 |
get |
adict.get(k) |
返回 k 对应的值,否则返回 None |
get |
adict.get(k,alt) |
返回 k 对应的值,否则返回 alt |
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