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：

a = {'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}

字典的创建

1. 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

2. 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'}

3. 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：

a = {'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}

1. 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 "", line 1, in <module>
    a['sex']
KeyError: 'sex'

2. 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'

3. 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')])

4. 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'])

5. len() 键值对的个数

代码示例：

>>> a = {
     'name':'russell','age':18,'job':'programmer'}
>>> len(a)
3

6. 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

1. 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'}

2. 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'}

3. 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
{
     }

4. 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：

1. 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。
2. 字典在内存中开销巨大，典型的空间换时间。
3. 键查询速度很快
4. 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

1. 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}

2. 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}

3. 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

1. 使用 range 生成序列：30,40,50,60,70,80

>>> list(range(30,90,10))
[30, 40, 50, 60, 70, 80]

2. 创建一个字典对象，包含如下信息：

支出金额：300.15，支出日期：2018.10.18，支出人：高小七

>>> 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'}

3. 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