python线性数据结构
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1 线性数据结构
本章要介绍的线性结构：list、tuple、string、bytes、bytearray。
- 线性表：是一种抽象的数学概念，是一组元素的序列的抽象，由有穷个元素组成(0个或任意个)。
线性表又可分为 顺序表和链接表。
- 顺序表：一组元素在内存中有序的存储。列表list就是典型的顺序表。
- 链接表：一组元素在内存中分散存储链接起来，彼此知道连接的是谁。
对于这两种表，数组中的元素进行查找、增加、删除、修改，看看有什么影响：
- 查找元素
对于顺序表，是有序的在内存中存储数据，可快速通过索引编号获取元素，效率高。。
对于链接表是分散存储的，只能通过一个个去迭代获取元素，效率差。
- 增加元素
对于顺序表，如果是在末尾增加元素，对于整个数据表来说没什么影响，但是在开头或是中间插入元素，后面的所有元素都要重新排序，影响很大(想想数百万或更大数据量)。
对于链接表，不管在哪里加入元素，不会影响其他元素，影响小。
- 删除元素
对于顺序表，删除元素和增加元素有着一样的问题。
对于链接表，不管在哪里删除元素，不会影响其他元素，影响小。 - 修改元素
对于顺序表，可快速通过索引获取元素然后进行修改，效率高。对于链接表，只能通过迭代获取元素然后进行修改，效率低。
总结：顺序表对于查找与修改效率最高，增加和删除效率低。链接表则相反。
2.内建常用的数据类型
2.1 数值型
-
int 整数类型
说明：整数包括负整数、0、正整数（... -2,-1,0,1,2, ...）。
x1 = 1 x2 = 0 x3 = -1 print(type(x1), x1) print(type(x2), x2) print(type(x3), x3) # 输出结果如下：1 0 -1 int( )方法：可以将数字或字符串转为整数，缺省base=10,表示10进制，无参数传入则返回0。
x1 = int() x2 = int('1') x3 = int('0b10',base=2) #base=2，表二进制，与传入参数类型一致。 x4 = int(3.14) print(type(x1), x1) print(type(x2), x2) print(type(x3), x3) print(type(x4), x4) # 输出结果如下：0 1 2 3 -
float 浮点类型
说明：由整数和小数部分组成，传入的参数可以为int、str、bytes、bytearray。x1 = float(1) x2 = float('2') x3 = float(b'3') print(type(x1), x1) print(type(x2), x2) print(type(x3), x3) # 输出结果如下：1.0 2.0 3.0 -
complex (复数类型)
说明：由实数和虚数部分组成，都是浮点数。
传入参数可以为
int、str，如果传入两参，前面一个为实数部分，后一个参数为虚数部分。x1 = complex(1) x2 = complex(2,2) x3 = complex('3') print(type(x1), x1) print(type(x2), x2) print(type(x3), x3) # 输出结果如下：(1+0j) (2+2j) (3+0j) -
bool (布尔类型)
说明：为int的子类，返回的是True和False，对应的是1和0。
x1 = bool(0) x2 = bool(1) x3 = bool() x4 = 2 > 1 print(type(x1), x1) print(type(x2), x2) print(type(x3), x3) print(type(x4), x4) # 输出结果如下：False True False True
2.2 序列(sequence)
2.2.1 list 列表
说明： 列表是由若干元素对象组成，且是有序可变的线性数据结构，使用中括号[ ]表示。
-
初始化
lst = [] # 空列表方式1 #或者 lst = list() # 空列表方式2 print(type(lst),lst) # 输入结果如下：[] -
索引
说明： 使用正索引(从左至右)、负索引(从右至左)访问元素，时间复杂度为
O(1)，效率极高的使用方式。按照给定区间获取到数据，叫做切片。
正索引：
从左至右，从0开始索引，区间为[0，长度-1]，左包右不包。
lst = ['a','b','c','d'] print(lst[0]) # 获取第一个元素 print(lst[1:2]) # 获取第二个元素,左包右不包，切片 print(lst[2:]) # 获取第三个元素到最后一个元素，切片 print(lst[:]) # 获取所有元素，切片 # 输出结果如下： a ['c'] ['c', 'd'] ['a', 'b', 'c', 'd']负索引：
从右至左，从-1开始索引，区间为[-长度，-1]
lst = ['a','b','c','d'] print(lst[-1]) print(lst[-2:]) # 输出结果如下： d ['c', 'd'] -
查询
index( )方法：
L.index(value, [start, [stop]]) -> integer返回的是索引id，要迭代列表，时间复杂度为O(n)。
lst = ['a','b','c','d'] print(lst.index('a',0,4)) # 获取区间[0,4]的元素'a'的索引id # 输出结果如下： 0备注：如果查询不到元素，则抛出
ValueError。count( ) 方法：L.count(value) -> integer
返回的是元素出现的次数，要迭代列表，时间复杂度为O(n)。
lst = ['a','b','a','b'] print(lst.count('a')) # 输出结果如下： 2len( ) 方法：返回的是列表元素的个数，时间复杂度为O(1)。
lst = ['a','b','c','d'] print(len(lst)) # 输出结果如下： 4备注：所谓的O(n) 是指随着数据的规模越来越大，效率下降，而O(1)则相反，不会随着数据规模大而影响效率。
-
修改
列表是有序可变，所以能够对列表中的元素进行修改。
lst = ['a','b','c','d'] lst[0] = 'A' print(lst) # 输出结果如下： ['A', 'b', 'c', 'd'] -
增加
append( ) 方法：
L.append(object) -> None尾部追加元素，就地修改，返回None。
lst = ['a','b','c','d'] lst.append('e') print(lst) # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']insert( )方法：
L.insert(index, object) -> None,在指定索引位置插入元素对象，返回None。
lst = ['a','b','c','d'] lst.insert(0,'A') # 在索引0位置插入'A',原有的元素全部往后移，增加了复杂度 print(lst) # 输出结果如下： ['A', 'a', 'b', 'c', 'd']extend( )方法：
L.extend(iterable) -> None可以增加多个元素，将可迭代对象的元素追加进去，返回None。
lst = ['a','b','c','d'] lst.extend([1,2,3]) print(lst) # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c', 'd', 1, 2, 3]还可以将列表通过
+和*，拼接成新的列表。lst1 = ['a','b','c','d'] lst2 = ['e','f','g'] print(lst1 + lst2) print(lst1 * 2) # 将列表里面的元素各复制2份 # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g'] ['a', 'b', 'c', 'd', 'a', 'b', 'c', 'd']这里还有一个特别要注意情况如下：
lst1 = [[1]] * 3 # 结果：[[1], [1], [1]] print(lst1) lst1[0][0] = 10 # 结果：[[10], [1], [1]]，是这样嘛？？ print(lst1) # 输出结果如下： [[1], [1], [1]] [[10], [10], [10]] # 为什么结果会是这个？请往下看列表复制章节，找答案！ -
删除
remove()方法：
L.remove(value) -> None从左至右遍历查找，找到就删除该元素，返回None，找不到则抛出
ValueError。lst = ['a','b','c','d'] lst.remove('d') print(lst) # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c'] # 元素'd'已经被删除pop() 方法：
L.pop([index]) -> item缺省删除尾部元素，可指定索引删除元素，索引越界抛出
IndexError。lst = ['a','b','c','d'] lst.pop() print(lst) # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c']clear() 方法：
L.clear() -> None清空列表所有元素，慎用。
lst = ['a','b','c','d'] lst.clear() print(lst) # 输出结果如下： [] # 空列表了 -
反转
reverse( ) 方法：
L.reverse()将列表中的元素反转，返回None。
lst = ['a','b','c','d'] lst.reverse() print(lst) # 输出结果如下： ['d', 'c', 'b', 'a'] -
排序
sort() 方法：
L.sort(key=None, reverse=False) -> None对列表元素进行排序，缺省为升序，reverse=True为降序。
lst = ['a','b','c','d'] lst.sort(reverse=True) print(lst) # 输出结果如下： ['d', 'c', 'b', 'a'] -
in成员操作
判断成员是否在列表里面，有则返回True、无则返回False。
lst = ['a','b','c','d'] print('a' in lst) print('e' in lst) # 输出结果如下： True False -
列表复制
说明： 列表复制指的是列表元素的复制，可分为浅copy和深copy两种。列表元素对象如列表、元组、字典、类、实例这些归为引用类型(指向内存地址)，而数字、字符串先归为简单类型，好让大家理解。
示例一：这是属于拷贝嘛？
lst1 = [1,[2,3],4] lst2 = lst1 print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2) # id() 查看内存地址 # 输出结果如下： 1593751168840 1593751168840 True [1, [2, 3], 4]
显然不是属于任何copy，说白了都是指向同一个内存地址。
示例二：浅拷贝copy
说明： 浅拷贝对于
引用类型对象是不会copy的，地址指向仍是一样。
lst1 = [1,[2,3],4] lst2 = lst1.copy() print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2) print('=' * 30) lst1[1][0] = 200 # 修改列表的引用类型，所有列表都会改变 print(lst1, lst2) # 输出结果如下： 1922175854408 1922175854344 True [1, [2, 3], 4] ============================== [1, [200, 3], 4] [1, [200, 3], 4]示例三：深拷贝deepcopy
说明： 深拷贝对于
引用类型对象也会copy成另外一份，地址指向不一样。
import copy lst1 = [1,[2,3],4] lst2 = copy.deepcopy(lst1) print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2) print('=' * 30) lst1[1][0] = 200 # 修改列表的引用类型，不会影响其他列表 print(lst1, lst2) # 输出结果如下： 2378580158344 2378580158280 True [1, [2, 3], 4] ============================== [1, [200, 3], 4] [1, [2, 3], 4]
2.2.2 tuple 元组
说明： 元组是由若干元素对象组成，且是有序不可变的数据结构，使用小括号( )表示。
-
初始化
t1 = () # 空元素方式1，一旦创建将不可改变 t2 = tuple() # 空元素方式2，一旦创建将不可改变 t3 = ('a',) # 元组只有一个元素，一定要加逗号',' t4 = (['a','b','c']) # 空列表方式2备注： 元组如果只有一个元素对象，一定要在后面加逗号
,否则变为其他数据类型。 -
索引
同列表一样，不再过多举例。t = ('a','b','c','d') print(t[0]) print(t[-1]) # 输出结果如下： a d -
查询
同列表一样，不再过多举例。
t = ('a','b','c','d') print(t.index('a')) print(t.count('a')) print(len(t)) # 输出结果如下： 0 1 4 -
增删改
元组是
不可变类型，不能增删改元素对象。但是要注意如下场景：
元组中的元素对象(内存地址)不可变，引用类型可变。----这里又出现引用类型的情况了。
# 元组的元组不可修改(即内存地址) t = ([1],) t[0]= 100 print(t) # 结果报错了 TypeError: 'tuple' object does not support item assignment ############################################ # 元组里面的引用类型对象可以修改（如嵌套了列表） t = ([1],2,3) t[0][0] = 100 # 对元组引用类型对象的元素作修改 print(t) # 输出结果如下： ([100], 2, 3)
2.2.3 string 字符串
说明： 字符串是由若干字符组成，且是有序不可变的数据结构，使用引号表示。
-
初始化
多种花样，使用单引号、双引号、三引号等。name = 'tom' age = 18 str1 = 'abc' # 单引号字符串 str2 = "abc" # 双引号字符串 str3 = """I'm python""" # 三引号字符串 str4 = r"c:\windows\note" # r前缀，没有转义(转义字符不生效) str5 = f'{name} is {age} age.' # f前缀，字符串格式化，v3.6支持 print(type(str1), str1) print(type(str2), str2) print(type(str3), str3) print(type(str4), str4) print(type(str5), str5) # 输出结果如下：abc abc I'm python c:\windows\note tom is 18 age. -
索引
同列表一样，不再过多举例。
str = "abcdefg" print(str[0]) print(str[-1]) # 输出结果如下： a g -
连接
通过加号
+将多个字符串连接起来，返回一个新的字符串。str1 = "abcd" str2 = "efg" print(str1 + str2) # 输出结果如下： abcdefgjoin( ) 方法：
S.join(iterable) -> strs表示分隔符字符串，iterable为可迭代对象字符串，结果返回字符串。
str = "abcdefg" print('->'.join(str)) # 输出结果如下： a->b->c->d->e->f->g -
字符查找
find( ) 方法：
S.find(sub[, start[, end]]) -> int从左至右查找子串sub，也可指定区间，找到返回正索引，找不到则返回
-1。str = "abcdefg" print(str.find('a',0,7)) print(str.find('A')) # 输出结果如下： 0 -1rfind( ) 方法：
S.rfind(sub[, start[, end]]) -> int从右至左查找子串sub，也可指定区间，找到返回正索引，找不到则返回
-1。str = "abcdefg" print(str.rfind('a')) print(str.rfind('A')) # 输出结果如下： 0 -1还有
index()和find()类似，不过找不到会抛异常，不建议使用。像
s.count()还可以统计字符出现的次数。像
len(s)还可以统计字符串的长度。 -
分割
split( ) 方法：
S.split(sep=None, maxsplit=-1) -> list of stringssep表示分隔符，缺省为空白字符串，maxsplit=-1表示遍历整个字符串，最后返回列表。
str = "a,b,c,d,e,f,g" print(str.split(sep=',')) # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']rsplit( ) 方法与上面不同就是，从右至左遍历。
splitlines() 方法：
S.splitlines([keepends]) -> list of strings按行来切割字符串，keepends表示是否保留行分隔符，最后返回列表。
str = "a\nb\nc\r\nd" print(str.splitlines()) print(str.splitlines(keepends=True)) # 输出结果如下： ['a', 'b', 'c', 'd'] ['a\n', 'b\n', 'c\r\n', 'd']partition() 方法 ：
S.partition(sep) -> (head, sep, tail)从左至右查询分隔符，遇到就分割成头、分隔符、尾的三元组，返回的是一个元组tuple。
str = "a*b*c*d" print(str.partition('*')) # 输出结果如下： ('a', '*', 'b*c*d')rpartition() 方法 ：
S.rpartition(sep) -> (head, sep, tail)与上方法不同，就是从右至左，不过这个比较常用，可以获取后缀部分信息。
str1 = "http://www.python.org:8843" str2 = str1.rpartition(':') port = str2[-1] print(port) -
替换
replace() 方法：
S.replace(old, new[, count]) -> str遍历整个字符串，找到全部替换，count表示替换次数，缺省替换全部，最后返回一个
新的字符串。str = "www.python.org" print(str.replace('w','m')) # 返回的是一个新的字符串 print(str) # 字符串不可变，保持原样 # 输出结果如下： mmm.python.org www.python.org -
移除
strip() 方法：
S.strip([chars]) -> str在字符串两端移除指定的
字符集chars, 缺省移除空白字符。str = " * www.python.org *" print(str.strip("* ")) # 去掉字符串首尾带有星号'*' 和 空白' ' # 输出结果如下： www.python.org还有
lstrip()和rstrip分别是移除字符串左边和右边字符集。 -
首尾判断
startswith() 方法：
S.startswith(prefix[, start[, end]]) -> bool缺省判断字符串开头是否有指定的字符prefix,也可指定区间。
str = "www.python.org" print(str.startswith('www',0,14)) print(str.startswith('p',0,14)) # 输出结果如下： True Falseendswith() 方法：
S.endswith(suffix[, start[, end]]) -> bool缺省判断字符串结尾是否有指定的字符suffix,也可指定区间。
str = "www.python.org" print(str.startswith('www',0,14)) print(str.startswith('p',0,14)) # 输出结果如下： True Falsestr = "www.python.org" print(str.endswith('g',11,14)) # 输出结果如下： True -
格式化
c风格格式化：
格式字符串：使用%s(对应值为字符串)，%d(对应值为数字)等等，还可以在中间插入修饰符%03d。
被格式的值：只能是一个对象，可以是元组或是字典。
name = "Tom" age = 18 print("%s is %d age." % (name,age)) # 输出结果如下： Tom is 18 age.format格式化：
格式字符串：使用花括号{ }, 花括号里面可以使用修饰符。
被格式的值：args为可变位置参数，*kwargs为可变关键字参数。
# 位置传参 print("IP={} PORT={}".format('8.8.8.8',53)) # 位置传参 print("{Server}: IP={1} PORT={0}".format(53, '8.8.8.8', Server='DNS Server')) # 位置和关键字传参传参 # 输出结果如下： IP=8.8.8.8 PORT=53 DNS Server: IP=8.8.8.8 PORT=53# 浮点数 print("{}".format(0.123456789)) print("{:f}".format(0.123456789)) # 小数点默认为6位 print("{:.2f}".format(0.123456789)) # 取小数点后两位 print("{:15}".format(0.123456789)) # 宽度为15，右对齐 # 输出结果如下： 0.123456789 0.123457 # 为什么是这个值？大于5要进位 0.12 0.123456789 # 左边有4个空格 -
其他常用函数
str = "DianDiJiShu" print(str.upper()) # 字母全部转化为大写 print(str.lower()) # 字母全部转化为小写 # 输出结果如下： DIANDIJISHU diandijishu
2.2.4 bytes 字节
bytes 和 bytearray从python3引入的两种数据类型。
在计算机的世界里，机器是以0 和 1 组成的，也叫二进制(字节)来通信的，这套编码我们叫做ASCII编码。
所以机器通信的语言就叫做机器语言。然而我们人类想要跟机器通信，那么需要怎么做呢？
- 把人类的语言编码成机器能够识别的语言，通常叫做编码（字符串转换为ASCII码）。
- 把机器的语言解码成人类能够识别的语言，通常叫做解码（ASCII码转换为字符串）。
至今现代编码的发展史过程大概是这样的：ASCII(1字节) -> unicode(2~4字节) -> utf-8(1~6字节)，utf8是多字节编码，一般使用1~3字节，特殊使用4字节(一般中文使用3字节)，向下兼容ASCII编码。
中国也有属于自己的编码：gbk
ASCII码表常用的必须牢记(整理部分)：
详细ASCII码下载链接：
链接：https://pan.baidu.com/s/1fWVl57Kqmv-tkjrDKwPvSw 提取码：tuyz所以，机器上的进制就是字节，1字节等于8位，例如：十进制2，用2进制和16进制表示：
# 二进制
0000 0010 # 一个字节bytes
# 16进制，机器基本都是显示16进制
0x2bytes 是不可变类型
bytes() # 空bytes，一旦创建不可改变
bytes(int) # 指定字节的大小，用0填充
bytes(iterable_of_ints) # [0.255]整数的可迭代对象
bytes(string, encoding[, errors]) # 等价于string.encoding(),字符串编码成字节
bytes(bytes_or_buffer) # 复制一份新的字节对象-
初始化
b1 = bytes() b2 = bytes(range(97,100)) b3 = bytes(b2) b4 = bytes('123',encoding='utf-8') b5 = b'ABC' b6 = b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'.decode('utf-8') print(b1, b2, b3, b4, b5, b6, sep='\n') # 输出结果如下： b'' b'abc' b'abc' b'123' b'ABC' 你好
2.2.5 bytearray 字节数组
bytearray 是可变数组，可以进行增删改操作，类似列表。
bytearray() # 空bytearray,可改变
bytearray(iterable_of_ints) # [0.255]整数的可迭代对象
bytearray(string, encoding[, errors]) # 等价于string.encoding(),字符串编码成字节
bytearray(bytes_or_buffer) # 复制一份新的字节数组对象
bytearray(int) # 指定字节的大小，用0填充-
增删改
# 初始化 b = bytearray() print(b) # 输出结果如下： bytearray(b'') #-------------------------- # 增加元素对象 b.append(97) print(b) b.extend([98,99]) print(b) # 输出结果如下： bytearray(b'a') bytearray(b'abc') #-------------------------- # 插入元素对象 b.insert(0,65) print(b) # 输出结果如下： bytearray(b'Aabc') #-------------------------- # 删除元素对象 b.pop() print(b) # 输出结果如下： bytearray(b'Aab')
今天就到这了，下一回合咱再接着唠嗑 set (集合) 和 dict (字典) ，敬请耐心等待。
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