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根据索引来删除一个元素，而不是值来删除元素。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：

1>>> 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