Python 入门笔记8——字典,集合
序列
字典
字典是“键值对”的无序可变序列,字典中的每个元素都是一个“键值对”,包含:“键对象”和“值对象”。可以通过“键对象”实现快速获取、删除、更新对应的“值对象”。
列表中我们通过“下标数字”找到对应的对象。字典中通过“键对象”找到对应的“值对象”。“键”是任意的不可变数据,比如:整数、浮点数、字符串、元组。但是:列表、字典、集合这些可变对象,不能作为“键”。并且“键”不可重复。
“值”可以是任意的数据,并且可重复。
一个典型的字典的定义方式:
字典的创建
- 我们可以通过{}、dict()来创建字典对象。
代码示例:
>>> a = {
"name":"Russell", "age":18}
>>> a
{
'name': 'Russell', 'age': 18}
>>> a = dict(name="russell",age=18)
>>> a
{
'name': 'russell', 'age': 18}
>>> c = {
} #空的字典对象
>>> d = dict() #空的字典对象
- 通过 zip()创建字典对象
代码示例:
>>> k = ['name','age','job']
>>> v = ['russell',18,'programmer']
>>> d = dict(zip(k,v))
>>> d
{
'name': 'russell', 'age': 18, 'job': 'programmer'}
- 通过 fromkeys 创建值为空的字典
代码示例:
>>> k = ['name','age','job']
>>> a = dict.fromkeys(k)
>>> a
{
'name': None, 'age': None, 'job': None}
字典元素的访问
为了测试各种访问方法,我们这里设定一个字典对象:
- 通过 [键] 获得“值”。若键不存在,则抛出异常。
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a
{
'name': 'russell', 'age': 18, 'job': 'programmer'}
>>> a['name']
'russell'
>>> a['job']
'programmer'
>>> a['sex']
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#24>", line 1, in <module>
a['sex']
KeyError: 'sex'
- 通过 get()方法获得“值”。推荐使用。优点是:指定键不存在,返回 None;也可以设定指定键不存在时默认返回的对象。推荐使用 get()获取“值对象”。
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a.get('name')
'russell'
>>> a.get('sex')
>>> a.get('sex','man')
'man'
- 列出所有的键值对
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a.items()
dict_items([('name', 'russell'), ('age', 18), ('job', 'programmer')])
- 列出所有的键,列出所有的值
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a.keys()
dict_keys(['name', 'age', 'job'])
>>> a.values()
dict_values(['russell', 18, 'programmer'])
- len() 键值对的个数
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> len(a)
3
- 检测一个“键”是否在字典中
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> "age" in a
True
字典元素添加、修改、删除
- 给字典新增“键值对”。如果“键”已经存在,则覆盖旧的键值对;如果“键”不存在,则新增“键值对”。
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a['age'] = 30
>>> a['sex'] = 'man'
>>> a
{
'name': 'russell', 'age': 30, 'job': 'programmer', 'sex': 'man'}
- 使用 update()将新字典中所有键值对全部添加到旧字典对象上。如果 key 有重复,则直接覆盖。
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> b = {
'name':'fz', 'sex':'man','hobby':'study'}
>>> a.update(b)
>>> a
{
'name': 'fz', 'age': 18, 'job': 'programmer', 'sex': 'man',
'hobby': 'study'}
- 字典中元素的删除,可以使用 del()方法;或者 clear()删除所有键值对;pop()删除指定键值对,并返回对应的“值对象”;
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> del a['age']
>>> a
{
'name': 'russell', 'job': 'programmer'}
>>> a.pop('job')
'programmer'
>>> a
{
'name': 'russell'}
>>> a.clear()
>>> a
{
}
- popitem() :随机删除和返回该键值对。字典是“无序可变序列”,因此没有第一个元素、最后一个元素的概念;popitem 弹出随机的项,因为字典并没有"最后的元素"或者其他有关顺序的概念。若想一个接一个地移除并处理项,这个方法就非常有效(因为不用首先获取键的列表)。
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a.popitem()
('job', 'programmer')
>>> a
{
'name': 'russell', 'age': 18}
>>> a.popitem()
('age', 18)
>>> a
{
'name': 'russell'}
>>> a.popitem()
('name', 'russell')
>>> a
{
}
序列解包
序列解包可以用于元组、列表、字典。序列解包可以让我们方便的对多个变量赋值。
序列解包用于字典时,默认是对“键”进行操作; 如果需要对键值对操作,则需要使用 items();如果需要对“值”进行操作,则需要使用 values();
代码示例:
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> name,age,job = a
>>> name
'name'
>>> name,age,job = a.items()
>>> name
('name', 'russell')
>>> name,age,job = a.values()
>>> name
'russell'
>>> name,age,job = a.keys()
>>> name
'name'
字典核心底层原理
字典对象的核心是散列表。散列表是一个稀疏数组(总是有空白元素的数组),数组的每个单元叫做 bucket。每个 bucket 有两部分:一个是键对象的引用,一个是值对象的引用。
由于所有 bucket 结构和大小一致,我们可以通过偏移量来读取指定 bucket。
将一个键值对放进字典的底层过程
>>> a ={
}
>>> a["name"] = 'gaoqi'
假设字典 a 对象创建完后,数组长度为 8:
我们要把”name”=”russell”这个键值对放到字典对象 a 中,首先第一步需要计算键”name”的散列值。Python 中可以通过 hash()来计算。
>>> bin(hash('name'))
'0b101101111001111101011111100101011001010010100101001111111100001'
由于数组长度为 8,我们可以拿计算出的散列值的最右边 3 位数字作为偏移量,即“101”,十进制是数字 5。我们查看偏移量 5,对应的 bucket 是否为空。如果为空,则将键值对放进去。如果不为空,则依次取右边 3 位作为偏移量,即“100”,十进制是数字4。再查看偏移量为 4 的 bucket 是否为空。直到找到为空的 bucket 将键值对放进去。流程图如下:
python 会根据散列表的拥挤程度扩容。“扩容”指的是:创造更大的数组,将原有内容拷贝到新数组中。
接近 2/3 时,数组就会扩容。
根据键查找“键值对”的底层过程
我们明白了,一个键值对是如何存储到数组中的,根据键对象取到值对象,理解起来就简单了。
>>> a = {
'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> a.get("name")
'russell'
当我们调用 a.get(“name”),就是根据键“name”查找到“键值对”,从而找到值对象“russell”。
第一步,我们仍然要计算“name”对象的散列值:
>>> bin(hash('name'))
'0b101101111001111101011111100101011001010010100101001111111100001'
和存储的底层流程算法一致,也是依次取散列值的不同位置的数字。 假设数组长度为8,我们可以拿计算出的散列值的最右边 3 位数字作为偏移量,即“101”,十进制是数字5。我们查看偏移量 5,对应的 bucket 是否为空。如果为空,则返回 None。如果不为空,则将这个 bucket 的键对象计算对应散列值,和我们的散列值进行比较,如果相等。则将对应“值对象”返回。如果不相等,则再依次取其他几位数字,重新计算偏移量。依次取完后,仍然没有找到。则返回 None。流程图如下:
用法总结:
- 键必须可散列
(1) 数字、字符串、元组,都是可散列的。
(2) 自定义对象需要支持下面三点:
1) 支持 hash()函数
2) 支持通过__eq__()方法检测相等性。
3) 若 a==b 为真,则 hash(a)==hash(b)也为真。 - 字典在内存中开销巨大,典型的空间换时间。
- 键查询速度很快
- 往字典里面添加新建可能导致扩容,导致散列表中键的次序变化。因此,不要在遍历字典的同时进行字典的修改。
集合
集合是无序可变,元素不能重复。实际上,集合底层是字典实现,集合的所有元素都是字典中的“键对象”,因此是不能重复的且唯一的。
集合创建和删除
- 使用{}创建集合对象,并使用 add()方法添加元素
代码示例:
>>> a = {
1,2,3}
>>> a.add(9)
>>> a
{
1, 2, 3, 9}
- 使用 set(),将列表、元组等可迭代对象转成集合。如果原来数据存在重复数据,则只保留一个。
代码示例:
>>> b = [1,2,3,4,5,4,3,2,1]
>>> set(b)
{
1, 2, 3, 4, 5}
- remove()删除指定元素;clear()清空整个集合
>>> a = {
1,2,3}
>>> a.add(9)
>>> a
{
1, 2, 3, 9}
>>> a.remove(2)
>>> a
{
1, 3, 9}
>>> a.clear()
>>> a
set()
集合相关操作
像数学中概念一样,Python 对集合也提供了并集、交集、差集等运算。我们给出示例:
>>> a = {
1,2,'abc'}
>>> b = {
1,2,'russell'}
>>> a & b
{
1, 2}
>>> a | b
{
1, 2, 'russell', 'abc'}
>>> a - b
{
'abc'}
>>> b - a
{
'russell'}
>>> a.union(b)
{
1, 2, 'russell', 'abc'}
>>> a.intersection(b)
{
1, 2}
>>> a.difference(b)
{
'abc'}
>>> b.difference(a)
{
'russell'}
实操联系
- 使用 range 生成序列:30,40,50,60,70,80
>>> list(range(30,90,10))
[30, 40, 50, 60, 70, 80]
- 创建一个字典对象,包含如下信息:
>>> a = dict(支出金额=300.15,支出日期='2018.10.18',支出人='高小七')
>>> a
{
'支出金额': 300.15, '支出日期': '2018.10.18', '支出人': '高小七'}
- 使用字典存储行数据,最后将整个表使用列表存储起来。
>>> r1 = {
"name":"高小一","age":18,"salary":30000,"city":"北京"}
>>> r2 = {
"name":"高小二","age":19,"salary":20000,"city":"上海"}
>>> r3 = {
"name":"高小五","age":20,"salary":10000,"city":"深圳"}
>>> a = [r1,r2,r3]
>>> for i in range(len(a)):
print(a[i].get("name"),a[i].get("age"),a[i].get("salary"),a[i].get("city"))
高小一 18 30000 北京
高小二 19 20000 上海
高小五 20 10000 深圳