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  • Python常见数据结构整理

    Python中常见的数据结构可以统称为容器(container)。序列(如列表和元组)、映射(如字典)以及集合(set)是三类主要的容器。

    一、序列(列表、元组和字符串)

    序列中的每个元素都有自己的编号。Python中有6种内建的序列。其中列表和元组是最常见的类型。其他包括字符串、Unicode字符串、buffer对象和xrange对象。下面重点介绍下列表、元组和字符串。

    1、列表

    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。

    (1)、创建

    通过下面的方式即可创建一个列表:

    list1=['hello','world']
    print list1
    list2=[1,2,3]
    print list2

    输出:
    ['hello', 'world']
    [1, 2, 3]

    可以看到,这中创建方式非常类似于javascript中的数组。

    (2)、list函数

    通过list函数(其实list是一种类型而不是函数)对字符串创建列表非常有效:

    list3=list("hello")
    print list3

    输出:

    ['h', 'e', 'l', 'l', 'o']

    2、元组

    元组与列表一样,也是一种序列,唯一不同的是元组不能被修改(字符串其实也有这种特点)。

    (1)、创建

    t1=1,2,3
    t2="jeffreyzhao","cnblogs"
    t3=(1,2,3,4)
    t4=()
    t5=(1,)
    print t1,t2,t3,t4,t5

    输出:

    (1, 2, 3) ('jeffreyzhao', 'cnblogs') (1, 2, 3, 4) () (1,)

    从上面我们可以分析得出:

    a、逗号分隔一些值,元组自动创建完成;

    b、元组大部分时候是通过圆括号括起来的;

    c、空元组可以用没有包含内容的圆括号来表示;

    d、只含一个值的元组,必须加个逗号(,);

    (2)、tuple函数

    tuple函数和序列的list函数几乎一样:以一个序列(注意是序列)作为参数并把它转换为元组。如果参数就算元组,那么该参数就会原样返回:

    t1=tuple([1,2,3])
    t2=tuple("jeff")
    t3=tuple((1,2,3))
    print t1
    print t2
    print t3
    t4=tuple(123)
    print t45

    输出:

    (1, 2, 3)
    ('j', 'e', 'f', 'f')
    (1, 2, 3)

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 7, in <module>
        t4=tuple(123)
    TypeError: 'int' object is not iterable

    3、字符串

    (1)创建

    str1='Hello world'
    print str1
    print str1[0]
    for c in str1:
        print c

    输出:
    Hello world
    H
    H
    e
    l
    l
    o
     
    w
    o
    r
    l
    d

    (2)格式化

    字符串格式化使用字符串格式化操作符即百分号%来实现。

    str1='Hello,%s' % 'world.'
    print str1

    格式化操作符的右操作数可以是任何东西,如果是元组或者映射类型(如字典),那么字符串格式化将会有所不同。

    strs=('Hello','world') #元组
    str1='%s,%s' % strs
    print str1
    d={'h':'Hello','w':'World'} #字典
    str1='%(h)s,%(w)s' % d
    print str1

    输出:

    Hello,world
    Hello,World

    注意:如果需要转换的元组作为转换表达式的一部分存在,那么必须将它用圆括号括起来:

    str1='%s,%s' % 'Hello','world'
    print str1

    输出:

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 2, in <module>
        str1='%s,%s' % 'Hello','world'
    TypeError: not enough arguments for format string

    如果需要输出%这个特殊字符,毫无疑问,我们会想到转义,但是Python中正确的处理方式如下:

    str1='%s%%' % 100
    print str1

    输出:100%

    对数字进行格式化处理,通常需要控制输出的宽度和精度:

    from math import pi
    str1='%.2f' % pi #精度2
    print str1
    str1='%10f' % pi #字段宽10
    print str1
    str1='%10.2f' % pi #字段宽10,精度2
    print str1

    输出:

    3.14
      3.141593
          3.14

    字符串格式化还包含很多其他丰富的转换类型,可参考官方文档。

    Python中在string模块还提供另外一种格式化值的方法:模板字符串。它的工作方式类似于很多UNIX Shell里的变量替换,如下所示:

    from string import Template
    str1=Template('$x,$y!')
    str1=str1.substitute(x='Hello',y='world')
    print str1

    输出:

    Hello,world!

    如果替换字段是单词的一部分,那么参数名称就必须用括号括起来,从而准确指明结尾:

    from string import Template
    str1=Template('Hello,w${x}d!')
    str1=str1.substitute(x='orl')
    print str1

    输出:

    Hello,world!

    如要输出$符,可以使用$$输出:

    from string import Template
    str1=Template('$x$$')
    str1=str1.substitute(x='100')
    print str1

    输出:100$

    除了关键字参数之外,模板字符串还可以使用字典变量提供键值对进行格式化:

    from string import Template
    d={'h':'Hello','w':'world'}
    str1=Template('$h,$w!')
    str1=str1.substitute(d)
    print str1

    输出:

    Hello,world!

    除了格式化之外,Python字符串还内置了很多实用方法,可参考官方文档,这里不再列举。

    4、通用序列操作(方法)

    从列表、元组以及字符串可以“抽象”出序列的一些公共通用方法(不是你想像中的CRUD),这些操作包括:索引(indexing)、分片(sliceing)、加(adding)、乘(multiplying)以及检查某个元素是否属于序列的成员。除此之外,还有计算序列长度、最大最小元素等内置函数。

    (1)索引

    str1='Hello'
    nums=[1,2,3,4]
    t1=(123,234,345)
    print str1[0]
    print nums[1]
    print t1[2]

    输出

    H
    2
    345

    索引从0(从左向右)开始,所有序列可通过这种方式进行索引。神奇的是,索引可以从最后一个位置(从右向左)开始,编号是-1:

    str1='Hello'
    nums=[1,2,3,4]
    t1=(123,234,345)
    print str1[-1]
    print nums[-2]
    print t1[-3]

    输出:

    o
    3
    123

    (2)分片

    分片操作用来访问一定范围内的元素。分片通过冒号相隔的两个索引来实现:

    nums=range(10)
    print nums
    print nums[1:5]
    print nums[6:10]
    print nums[1:]
    print nums[-3:-1]
    print nums[-3:] #包括序列结尾的元素,置空最后一个索引
    print nums[:] #复制整个序列

    输出:

    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    [1, 2, 3, 4]
    [6, 7, 8, 9]
    [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    [7, 8]
    [7, 8, 9]

    不同的步长,有不同的输出:

    nums=range(10)
    print nums
    print nums[0:10]  #默认步长为1 等价于nums[1:5:1]
    print nums[0:10:2]  #步长为2
    print nums[0:10:3]  #步长为3
    
    ##print nums[0:10:0]  #步长为0
    print nums[0:10:-2]  #步长为-2

    输出:

    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    [0, 2, 4, 6, 8]
    [0, 3, 6, 9]
    []

    (3)序列相加

    str1='Hello'
    str2=' world'
    print str1+str2
    num1=[1,2,3]
    num2=[2,3,4]
    print num1+num2
    print str1+num1

    输出:

    Hello world
    [1, 2, 3, 2, 3, 4]

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 7, in <module>
        print str1+num1
    TypeError: cannot concatenate 'str' and 'list' objects

    (4)乘法

    print [None]*10
    str1='Hello'
    print str1*2
    num1=[1,2]
    print num1*2
    print str1*num1

    输出:

    [None, None, None, None, None, None, None, None, None, None]

    HelloHello
    [1, 2, 1, 2]

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 5, in <module>
        print str1*num1
    TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'list'

    (5)成员资格

    in运算符会用来检查一个对象是否为某个序列(或者其他类型)的成员(即元素):

    str1='Hello'
    print 'h' in str1 
    print 'H' in str1
    num1=[1,2]
    print 1 in num1

    输出:

    False
    True
    True

    (6)长度、最大最小值

    通过内建函数len、max和min可以返回序列中所包含元素的数量、最大和最小元素。

    str1='Hello'
    print len(str1) 
    print max(str1)
    print min(str1)
    num1=[1,2,1,4,123]
    print len(num1) 
    print max(num1)
    print min(num1)

    输出:

    5
    o
    H
    5
    123
    1

    二、映射(字典)

    映射中的每个元素都有一个名字,如你所知,这个名字专业的名称叫键。字典(也叫散列表)是Python中唯一内建的映射类型。

    1、键类型

    字典的键可以是数字、字符串或者是元组,键必须唯一。在Python中,数字、字符串和元组都被设计成不可变类型,而常见的列表以及集合(set)都是可变的,所以列表和集合不能作为字典的键。键可以为任何不可变类型,这正是Python中的字典最强大的地方。

    list1=["hello,world"]
    set1=set([123])
    d={}
    d[1]=1
    print d
    d[list1]="Hello world."
    d[set1]=123
    print d

    输出:

    {1: 1}

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 6, in <module>
        d[list1]="Hello world."
    TypeError: unhashable type: 'list'

    2、自动添加

    即使键在字典中并不存在,也可以为它分配一个值,这样字典就会建立新的项。

    3、成员资格

    表达式item in d(d为字典)查找的是键(containskey),而不是值(containsvalue)。

    Python字典强大之处还包括内置了很多常用操作方法,可参考官方文档,这里不再列举。

    思考:根据我们使用强类型语言的经验,比如C#和Java,我们肯定会问Python中的字典是线程安全的吗?

    三、集合

    集合(Set)在Python 2.3引入,通常使用较新版Python可直接创建,如下所示:

    strs=set(['jeff','wong','cnblogs'])
    nums=set(range(10))

    看上去,集合就是由序列(或者其他可迭代的对象)构建的。集合的几个重要特点和方法如下:

    1、副本是被忽略的

    集合主要用于检查成员资格,因此副本是被忽略的,如下示例所示,输出的集合内容是一样的。

    set1=set([0,1,2,3,0,1,2,3,4,5])
    print set1
    
    set2=set([0,1,2,3,4,5])
    print set2

    输出如下:

    set([0, 1, 2, 3, 4, 5])
    set([0, 1, 2, 3, 4, 5])

    2、集合元素的顺序是随意的

    这一点和字典非常像,可以简单理解集合为没有value的字典。

    strs=set(['jeff','wong','cnblogs'])
    print strs

    输出如下:

    set(['wong', 'cnblogs', 'jeff'])

    3、集合常用方法

    a、交集union

    set1=set([1,2,3])
    set2=set([2,3,4])
    set3=set1.union(set2)
    print set1
    print set2
    print set3

    输出:

    set([1, 2, 3])
    set([2, 3, 4])
    set([1, 2, 3, 4])

    union操作返回两个集合的并集,不改变原有集合。使用按位与(OR)运算符“|”可以得到一样的结果:

    set1=set([1,2,3])
    set2=set([2,3,4])
    set3=set1|set2
    print set1
    print set2
    print set3

    输出和上面union操作一模一样的结果。

    其他常见操作包括&(交集),<=,>=,-,copy()等等,这里不再列举。

    set1=set([1,2,3])
    set2=set([2,3,4])
    set3=set1&set2
    print set1
    print set2
    print set3
    print set3.issubset(set1)
    set4=set1.copy()
    print set4
    print set4 is set1

    输出如下:

    set([1, 2, 3])
    set([2, 3, 4])
    set([2, 3])
    True
    set([1, 2, 3])
    False

    b、add和remove

    和序列添加和移除的方法非常类似,可参考官方文档:

    set1=set([1])
    print set1
    set1.add(2)
    print set1
    set1.remove(2)
    print set1
    print set1
    print 29 in set1
    set1.remove(29) #移除不存在的项

    输出:

    set([1])
    set([1, 2])
    set([1])
    set([1])
    False

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 9, in <module>
        set1.remove(29) #移除不存在的项
    KeyError: 29

    4、frozenset

    集合是可变的,所以不能用做字典的键。集合本身只能包含不可变值,所以也就不能包含其他集合:

    set1=set([1])
    set2=set([2])
    set1.add(set2)

    输出如下:

    Traceback (most recent call last):
      File "F:\Python\test.py", line 3, in <module>
        set1.add(set2)
    TypeError: unhashable type: 'set'

    可以使用frozenset类型用于代表不可变(可散列)的集合:

    set1=set([1])
    set2=set([2])
    set1.add(frozenset(set2))
    print set1

    输出:

    set([1, frozenset([2])])

    参考:

    http://www.python.org/

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