Python3 数据结构

本章节我们主要结合前面所学的知识点来介绍Python数据结构。

列表

Python中列表是可变的，这是它区别于字符串和元组的最重要的特点，一句话概括即：列表可以修改，而字符串和元组不能。

以下是 Python 中列表的方法：

下面示例演示了列表的大部分方法：

实例

>>> 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：类似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法没有返回值。

将列表当做堆栈使用

列表方法使得列表可以很方便的作为一个堆栈来使用，堆栈作为特定的数据结构，最先进入的元素最后一个被释放（后进先出）。用 append() 方法可以把一个元素添加到堆栈顶。用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从堆栈顶释放出来。例如：

实例

>>> 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
]

将列表当作队列使用

也可以把列表当做队列用，只是在队列里第一加入的元素，第一个取出来；但是拿列表用作这样的目的效率不高。在列表的最后添加或者弹出元素速度快，然而在列表里插入或者从头部弹出速度却不快（因为所有其他的元素都得一个一个地移动）。

实例

>>>
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’
]
)

列表推导式

列表推导式提供了从序列创建列表的简单途径。通常应用程序将一些操作应用于某个序列的每个元素，用其获得的结果作为生成新列表的元素，或者根据确定的判定条件创建子序列。

每个列表推导式都在 for 之后跟一个表达式，然后有零到多个 for 或 if 子句。返回结果是一个根据表达从其后的 for 和 if 上下文环境中生成出来的列表。如果希望表达式推导出一个元组，就必须使用括号。

这里我们将列表中每个数值乘三，获得一个新的列表：

>>> vec
=
[
2
,
4
,
6
]


>>>
[
3*x
for x
in vec
]


[
6
,
12
,
18
]

现在我们玩一点小花样：

>>>
[
[x
, x**
2
]
for x
in vec
]


[
[
2
,
4
]
,
[
4
,
16
]
,
[
6
,
36
]
]

这里我们对序列里每一个元素逐个调用某方法：

实例

>>> freshfruit
=
[
‘  banana’
,
‘  loganberry ‘
,
‘passion fruit  ‘
]


>>>
[weapon.
strip
(
)
for weapon
in freshfruit
]


[
‘banana’
,
‘loganberry’
,
‘passion fruit’
]

我们可以用 if 子句作为过滤器：

>>>
[
3*x
for x
in vec
if x
>
3
]


[
12
,
18
]


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


[
]

以下是一些关于循环和其它技巧的演示：

>>> 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
]

列表推导式可以使用复杂表达式或嵌套函数：

>>>
[
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的列表还可以嵌套。

以下实例展示了3X4的矩阵列表：

>>> matrix
=
[

…    
[
1
,
2
,
3
,
4
]
,

…    
[
5
,
6
,
7
,
8
]
,

…    
[
9
,
10
,
11
,
12
]
,

…
]

以下实例将3X4的矩阵列表转换为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
]
]

以下实例也可以使用以下方法来实现：

>>> 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
]
]

另外一种实现方法：

>>> 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 语句

使用 del 语句可以从一个列表中依索引而不是值来删除一个元素。这与使用 pop() 返回一个值不同。可以用 del 语句从列表中删除一个切割，或清空整个列表（我们以前介绍的方法是给该切割赋一个空列表）。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 删除实体变量：

>>> del a

元组和序列

元组由若干逗号分隔的值组成，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
)
)

如你所见，元组在输出时总是有括号的，以便于正确表达嵌套结构。在输入时可能有或没有括号， 不过括号通常是必须的（如果元组是更大的表达式的一部分）。

集合

集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。

可以用大括号({})创建集合。注意：如果要创建一个空集合，你必须用 set() 而不是 {} ；后者创建一个空的字典，下一节我们会介绍这个数据结构。

以下是一个简单的演示：

>>> basket
=
{
‘apple’
,
‘orange’
,
‘apple’
,
‘pear’
,
‘orange’
,
‘banana’
}


>>>
print
(basket
)                      
# 删除重复的


{
‘orange’
,
‘banana’
,
‘pear’
,
‘apple’
}


>>>
‘orange’
in basket                
# 检测成员


True


>>>
‘crabgrass’
in basket


False

>>>
# 以下演示了两个集合的操作

…


>>> 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，但不同时在 a 和 b 中


{
‘r’
,
‘d’
,
‘b’
,
‘m’
,
‘z’
,
‘l’
}

集合也支持推导式：

>>> a
=
{x
for x
in
‘abracadabra’
if x
not
in
‘abc’
}


>>> a


{
‘r’
,
‘d’
}

字典

另一个非常有用的 Python 内建数据类型是字典。

序列是以连续的整数为索引，与此不同的是，字典以关键字为索引，关键字可以是任意不可变类型，通常用字符串或数值。

理解字典的最佳方式是把它看做无序的键=>值对集合。在同一个字典之内，关键字必须是互不相同。

一对大括号创建一个空的字典：{}。

这是一个字典运用的简单例子：

>>> 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

构造函数 dict() 直接从键值对元组列表中构建字典。如果有固定的模式，列表推导式指定特定的键值对：

>>>
dict
(
[
(
‘sape’
,
4139
)
,
(
‘guido’
,
4127
)
,
(
‘jack’
,
4098
)
]
)


{
‘sape’:
4139
,
‘jack’:
4098
,
‘guido’:
4127
}

此外，字典推导可以用来创建任意键和值的表达式词典：

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


{
2:
4
,
4:
16
,
6:
36
}

如果关键字只是简单的字符串，使用关键字参数指定键值对有时候更方便：

>>>
dict
(sape
=
4139
, guido
=
4127
, jack
=
4098
)


{
‘sape’:
4139
,
‘jack’:
4098
,
‘guido’:
4127
}

遍历技巧

在字典中遍历时，关键字和对应的值可以使用 items() 方法同时解读出来：

>>> knights
=
{
‘gallahad’:
‘the pure’
,
‘robin’:
‘the brave’
}


>>>
for k
, v
in knights.
items
(
):

…    
print
(k
, v
)

…


gallahad the pure

robin the brave

在序列中遍历时，索引位置和对应值可以使用 enumerate() 函数同时得到：

>>>
for i
, v
in
enumerate
(
[
‘tic’
,
‘tac’
,
‘toe’
]
):

…    
print
(i
, v
)

…


0 tic


1 tac


2 toe

同时遍历两个或更多的序列，可以使用 zip() 组合：

>>> 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.

要反向遍历一个序列，首先指定这个序列，然后调用 reversed() 函数：

>>>
for i
in
reversed
(
range
(
1
,
10
,
2
)
):

…    
print
(i
)

…


9


7


5


3


1

要按顺序遍历一个序列，使用 sorted() 函数返回一个已排序的序列，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

参阅文档

• Python3 列表
• Python3 元组
• Python3 字典