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Python3 數據結構

本章節(jié)我們主要結合前面所學的知識點來介紹Python數據結構。

列表

Python中列表是可變的，這是它區(qū)別于字符串和元組的最重要的特點，一句話概括即：列表可以修改，而字符串和元組不能。

以下是 Python 中列表的方法：

方法	描述
list.append(x)	把一個元素添加到列表的結尾，相當于 a[len(a):] = [x]。
list.extend(L)	通過添加指定列表的所有元素來擴充列表，相當于 a[len(a):] = L。
list.insert(i, x)	在指定位置插入一個元素。第一個參數是準備插入到其前面的那個元素的索引，例如 a.insert(0, x) 會插入到整個列表之前，而 a.insert(len(a), x) 相當于 a.append(x) 。
list.remove(x)	刪除列表中值為 x 的第一個元素。如果沒有這樣的元素，就會返回一個錯誤。
list.pop([i])	從列表的指定位置移除元素，并將其返回。如果沒有指定索引，a.pop()返回最后一個元素。元素隨即從列表中被移除。（方法中 i 兩邊的方括號表示這個參數是可選的，而不是要求你輸入一對方括號，你會經常在 Python 庫參考手冊中遇到這樣的標記。）
list.clear()	移除列表中的所有項，等于del a[:]。
list.index(x)	返回列表中第一個值為 x 的元素的索引。如果沒有匹配的元素就會返回一個錯誤。
list.count(x)	返回 x 在列表中出現的次數。
list.sort()	對列表中的元素進行排序。
list.reverse()	倒排列表中的元素。
list.copy()	返回列表的淺復制，等于a[:]。

下面示例演示了列表的大部分方法：

實例

>>> a = [66.25, 333, 333, 1, 1234.5]
>>> print(a.count(333), a.count(66.25), a.count('x'))
2 1 0
>>> a.insert(2, -1)
>>> a.append(333)
>>> a
[66.25, 333, -1, 333, 1, 1234.5, 333]
>>> a.index(333)
1
>>> a.remove(333)
>>> a
[66.25, -1, 333, 1, 1234.5, 333]
>>> a.reverse()
>>> a
[333, 1234.5, 1, 333, -1, 66.25]
>>> a.sort()
>>> a
[-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]

注意：類似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法沒有返回值。

將列表當做堆棧使用

列表方法使得列表可以很方便的作為一個堆棧來使用，堆棧作為特定的數據結構，最先進入的元素最后一個被釋放（后進先出）。用 append() 方法可以把一個元素添加到堆棧頂。用不指定索引的 pop() 方法可以把一個元素從堆棧頂釋放出來。例如：

實例

>>> 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]

將列表當作隊列使用

也可以把列表當做隊列用，只是在隊列里第一加入的元素，第一個取出來；但是拿列表用作這樣的目的效率不高。在列表的最后添加或者彈出元素速度快，然而在列表里插入或者從頭部彈出速度卻不快（因為所有其他的元素都得一個一個地移動）。

實例

>>> 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'])

列表推導式

列表推導式提供了從序列創(chuàng)建列表的簡單途徑。通常應用程序將一些操作應用于某個序列的每個元素，用其獲得的結果作為生成新列表的元素，或者根據確定的判定條件創(chuàng)建子序列。

每個列表推導式都在 for 之后跟一個表達式，然后有零到多個 for 或 if 子句。返回結果是一個根據表達從其后的 for 和 if 上下文環(huán)境中生成出來的列表。如果希望表達式推導出一個元組，就必須使用括號。

這里我們將列表中每個數值乘三，獲得一個新的列表：

>>> vec = [2, 4, 6]
>>> [3*x for x in vec]
[6, 12, 18]

現在我們玩一點小花樣：

>>> [[x, x**2] for x in vec]
[[2, 4], [4, 16], [6, 36]]

這里我們對序列里每一個元素逐個調用某方法：

實例

>>> freshfruit = [' ?banana', ' ?loganberry ', 'passion fruit ?']
>>> [weapon.strip() for weapon in freshfruit]
['banana', 'loganberry', 'passion fruit']

我們可以用 if 子句作為過濾器：

>>> [3*x for x in vec if x > 3]
[12, 18]
>>> [3*x for x in vec if x < 2]
[]

以下是一些關于循環(huán)和其它技巧的演示：

>>> vec1 = [2, 4, 6]
>>> vec2 = [4, 3, -9]
>>> [x*y for x in vec1 for y in vec2]
[8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54]
>>> [x+y for x in vec1 for y in vec2]
[6, 5, -7, 8, 7, -5, 10, 9, -3]
>>> [vec1[i]*vec2[i] for i in range(len(vec1))]
[8, 12, -54]

列表推導式可以使用復雜表達式或嵌套函數：

>>> [str(round(355/113, i)) for i in range(1, 6)]
['3.1', '3.14', '3.142', '3.1416', '3.14159']

嵌套列表解析

Python的列表還可以嵌套。

以下實例展示了3X4的矩陣列表：

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

以下實例將3X4的矩陣列表轉換為4X3列表：

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

以下實例也可以使用以下方法來實現：

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

另外一種實現方法：

>>> transposed = []
>>> for i in range(4):
... ? ? # the following 3 lines implement the nested listcomp
... ? ? transposed_row = []
... ? ? for row in matrix:
... ? ? ? ? transposed_row.append(row[i])
... ? ? transposed.append(transposed_row)
...
>>> transposed
[[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

del 語句

使用 del 語句可以從一個列表中依索引而不是值來刪除一個元素。這與使用 pop() 返回一個值不同?？梢杂?del 語句從列表中刪除一個切割，或清空整個列表（我們以前介紹的方法是給該切割賦一個空列表）。例如：

>>> 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
[]

也可以用 del 刪除實體變量：

>>> del a

元組和序列

元組由若干逗號分隔的值組成，例如：

>>> 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))

如你所見，元組在輸出時總是有括號的，以便于正確表達嵌套結構。在輸入時可能有或沒有括號，不過括號通常是必須的（如果元組是更大的表達式的一部分）。

集合

集合是一個無序不重復元素的集?；竟δ馨P系測試和消除重復元素。

可以用大括號({})創(chuàng)建集合。注意：如果要創(chuàng)建一個空集合，你必須用 set() 而不是 {} ；后者創(chuàng)建一個空的字典，下一節(jié)我們會介紹這個數據結構。

以下是一個簡單的演示：

>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
>>> print(basket) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# 刪除重復的
{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
>>> 'orange' in basket ? ? ? ? ? ? ? ? # 檢測成員
True
>>> 'crabgrass' in basket
False

>>> # 以下演示了兩個集合的操作
...
>>> a = set('abracadabra')
>>> b = set('alacazam')
>>> a ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# a 中唯一的字母
{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
>>> a - b ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# 在 a 中的字母，但不在 b 中
{'r', 'd', 'b'}
>>> a | b ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# 在 a 或 b 中的字母
{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
>>> a & b ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# 在 a 和 b 中都有的字母
{'a', 'c'}
>>> a ^ b ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# 在 a 或 b 中的字母，但不同時在 a 和 b 中
{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

集合也支持推導式：

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

字典

另一個非常有用的 Python 內建數據類型是字典。

序列是以連續(xù)的整數為索引，與此不同的是，字典以關鍵字為索引，關鍵字可以是任意不可變類型，通常用字符串或數值。

理解字典的最佳方式是把它看做無序的鍵=>值對集合。在同一個字典之內，關鍵字必須是互不相同。

一對大括號創(chuàng)建一個空的字典：{}。

這是一個字典運用的簡單例子：

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

構造函數 dict() 直接從鍵值對元組列表中構建字典。如果有固定的模式，列表推導式指定特定的鍵值對：

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

此外，字典推導可以用來創(chuàng)建任意鍵和值的表達式詞典：

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

如果關鍵字只是簡單的字符串，使用關鍵字參數指定鍵值對有時候更方便：

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

遍歷技巧

在字典中遍歷時，關鍵字和對應的值可以使用 items() 方法同時解讀出來：

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

在序列中遍歷時，索引位置和對應值可以使用 enumerate() 函數同時得到：

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

同時遍歷兩個或更多的序列，可以使用 zip() 組合：

>>> 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.

要反向遍歷一個序列，首先指定這個序列，然后調用 reversed() 函數：

>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)):
... ? ? print(i)
...
9
7
5
3
1

要按順序遍歷一個序列，使用 sorted() 函數返回一個已排序的序列，并不修改原值：

>>> basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana']
>>> for f in sorted(set(basket)):
... ? ? print(f)
...
apple
banana
orange
pear

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