白骑士的Python教学基础篇 1.5 数据结构

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        数据结构是编程语言中用于存储和组织数据的基本构件。在Python中，常见的数据结构包括列表（List）、元组（Tuple）、字典（Dictionary）和集合（Set）。每种数据结构都有其独特的特性和用途。理解这些数据结构及其用法，对于编写高效且易于维护的Python代码至关重要。

列表（List）

        列表是Python中最常用的数据结构之一。它是一个有序的集合，可以包含任意类型的元素，包括数字、字符串、其他列表等。列表是可变的，这意味着我们可以修改列表中的元素。

创建列表

# 创建一个空列表
empty_list = []# 创建一个包含元素的列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

访问列表元素

# 通过索引访问元素
print(fruits[0])  # 输出: apple# 通过负索引访问元素
print(fruits[-1])  # 输出: cherry

修改列表元素

# 修改列表中的元素
fruits[1] = "blueberry"
print(fruits)  # 输出: ['apple', 'blueberry', 'cherry']

添加和删除元素

# 使用append()方法添加元素
fruits.append("date")
print(fruits)  # 输出: ['apple', 'blueberry', 'cherry', 'date']# 使用remove()方法删除元素
fruits.remove("blueberry")
print(fruits)  # 输出: ['apple', 'cherry', 'date']# 使用pop()方法删除并返回最后一个元素
last_fruit = fruits.pop()
print(last_fruit)  # 输出: date
print(fruits)  # 输出: ['apple', 'cherry']

列表切片

# 列表切片可以返回一个新的列表
print(fruits[0:2])  # 输出: ['apple', 'cherry']

列表推导式

# 使用列表推导式创建列表
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # 输出: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

元组（Tuple）

        元组与列表类似，但元组是不可变的。这意味着一旦创建，元组中的元素就不能修改。这使得元组适用于那些不希望被修改的数据集合。

创建元组

# 创建一个空元组
empty_tuple = ()# 创建一个包含元素的元组
numbers = (1, 2, 3)

访问元组元素

# 通过索引访问元素
print(numbers[1])  # 输出: 2# 通过负索引访问元素
print(numbers[-1])  # 输出: 3

不可变特性

# 尝试修改元组中的元素会引发错误
# numbers[1] = 4  # 这行代码会引发TypeError

元组解包

# 元组解包
a, b, c = numbers
print(a, b, c)  # 输出: 1 2 3

单元素元组

# 创建一个包含单个元素的元组时需要在元素后加一个逗号
single_element_tuple = (4,)
print(single_element_tuple)  # 输出: (4,)

字典（Dictionary）

        字典是Python中另一种重要的数据结构。它是一个无序的键值对集合，每个键必须是唯一的，可以是任意不可变数据类型，而值可以是任意数据类型。

创建字典

# 创建一个空字典
empty_dict = {}# 创建一个包含键值对的字典
person = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "New York"}

访问字典元素

# 通过键访问值
print(person["name"])  # 输出: Alice# 使用get()方法访问值，如果键不存在则返回None
print(person.get("name"))  # 输出: Alice
print(person.get("address"))  # 输出: None

修改字典元素

# 修改字典中的值
person["age"] = 26
print(person)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 26, 'city': 'New York'}# 添加新键值对
person["email"] = "[e-mail]"
print(person)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 26, 'city': 'New York', 'email': '[e-mail]'}

删除字典元素

# 使用del关键字删除键值对
del person["city"]
print(person)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 26, 'email': '[e-mail]'}# 使用pop()方法删除并返回指定键的值
email = person.pop("email")
print(email)  # 输出: [e-mail]
print(person)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 26}

遍历字典

# 遍历字典的键值对
for key, value in person.items():print(f"{key}: {value}")# 输出:
# name: Alice
# age: 26

集合（Set）

        集合是一个无序的不重复元素集合。集合主要用于成员关系测试和删除重复元素。集合支持数学上的集合操作，如并集、交集、差集等。

创建集合

# 创建一个空集合
empty_set = set()# 创建一个包含元素的集合
fruits_set = {"apple", "banana", "cherry"}

访问集合元素

# 不能通过索引访问集合中的元素，但可以通过迭代访问
for fruit in fruits_set:print(fruit)# 输出的顺序是无序的

添加和删除元素

# 添加元素
fruits_set.add("date")
print(fruits_set)  # 输出: {'date', 'apple', 'cherry', 'banana'}# 删除元素
fruits_set.remove("banana")
print(fruits_set)  # 输出: {'date', 'apple', 'cherry'}# 使用discard()方法删除元素，如果元素不存在也不会引发错误
fruits_set.discard("banana")

集合操作

# 创建两个集合
set_a = {1, 2, 3, 4}
set_b = {3, 4, 5, 6}# 并集
union_set = set_a | set_b
print(union_set)  # 输出: {1, 2, 3, 4, 5, 6}# 交集
intersection_set = set_a & set_b
print(intersection_set)  # 输出: {3, 4}# 差集
difference_set = set_a - set_b
print(difference_set)  # 输出: {1, 2}# 对称差集
symmetric_difference_set = set_a ^ set_b
print(symmetric_difference_set)  # 输出: {1, 2, 5, 6}

集合推导式

# 使用集合推导式创建集合
squares_set = {x**2 for x in range(10)}
print(squares_set)  # 输出: {0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81}

总结

        Python提供了丰富的数据结构来处理不同类型的数据。列表（List）适用于有序且可变的集合；元组（Tuple）用于不可变的数据集合；字典（Dictionary）提供了键值对的映射；集合（Set）则用于处理无序且不重复的元素集合。通过理解和使用这些数据结构，可以编写出更高效、清晰且易维护的Python代码。无论是进行简单的数据存储，还是复杂的数据处理操作，这些数据结构都是不可或缺的工具。

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