第4关:收纳的艺术--列表和字典

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  嗨,很高兴能在第四关遇见你,继续和你一起驰骋在广阔的编程世界里。

        当你选择来到第四关,有两件事是不言而喻的。

        第一:你是对自己有盼望有要求的,你希望能够真正地掌握Python。

        第二:你对我和我们团队是有信心的,你认可了“我能教会你Python”这件事。

        基于此,我们之间就达成了某种“契约”关系,你付出一定的时间精力成本,我则负责让你能高效快速入门、上手直至精通Python。

        这是我对你许下的承诺,更是我对自己的承诺。无论这是你第1次还是第10次立下的flag:我一定要学会Python,我希望对你而言都会是最后一次。

        正所谓少壮不努力,老大转锦鲤。

        让我们一起把旗子给拔了吧。:)

        话不多说,我们开始正式学习。

        首先,来看看我们在第0-3关所学的内容。


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0-3关内容

        相信你应该还记忆犹新,学得不赖吧?否则应该是没勇气继续挑战了哈哈~

        从第4关开始,我们会利用代码来实现更多的功能,我们先来扫一眼接下来的课程表:


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0-19关知识点

        剩下的16关,除了常规的8个知识关卡,我还设置了3个思维关卡,5个项目实操关卡。

       知识关卡的目的是学习Python的基础知识,思维关卡的目的是为你补充一些必要的编程思维知识,实操关卡的目的是手把手带你做出一些编程项目。(我会在具体关卡中再介绍)

        随着学习深度的增加,我们的学习难度和理解成本势必也会增加。不过不要担心,我希望这三种类型的关卡能互相结合,可以让你在学完整个课程后,拥有扎实的基本功底。

        好了,相信你对整个课程的安排已经有了个大概的认知,现在我们回到这一关的学习任务。

        截至目前,我们已经掌握了3种数据类型:整数、浮点数、字符串。这一关我们就要学习两种新的数据类型:列表、字典。

        不过在这之前,我想先和你聊一聊“计算机”与“数据”之间水乳交融的关系。

        计算机名字里就有【计算】两字,如果计算机离开了数据,就如巧妇难为无米之炊。所以说,数据对于计算机很重要。

        总的来说,计算机有3种方式利用数据:


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三种方式

        第一种:直接使用数据,比如print()语句,可以直接把我们提供的数据打印出来,通常所见即所得。


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练习

        第二种:计算和加工数据,让我们看个例子:


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练习

        这两个print语句,计算机都是先【计算和加工数据】,再把print()括号里的数据打印到屏幕里。

        我们再看看第三种:用数据做判断是怎么一回事。


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练习

        可以看出,计算机在这里是【利用数据用做逻辑判断】:


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逻辑判断

        那现在我们对【计算机】和【数据】的关系有了一定的了解吧,也正因为数据的重要性,所以对于编程新手来说,掌握主要的数据类型是重中之重。

        这一关,我们就会接触两种新的数据类型——列表和字典,你会发现,它们比我们学过的“整数、浮点数、字符串”更加高级,更有“包容性”。

        为什么这么说呢?前面学的几种类型,每次赋值只能保存一条数据。如果我们需要使用很多数据的时候,就会很不方便。

        而列表和字典的作用,就是可以帮我们存储大量数据,让计算机去读取和操作。


    列表


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知识进程

        首先我们来看看列表。为了感受列表的作用,我们来玩玩角色扮演的游戏:

        从现在起,你就是一个新班级的班主任了!

        第一天,班上来了50个新鲜的面孔。你让学生把名字写在花名册上,方便上课时一个个点名。

        如果只能用已学的知识来解决这个问题,我们需要将每个学生的名字都赋值到一个变量名,然后再分别打印。代码是这样的:


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点名

        但我们知道,在编程世界里,最忌讳的就是“重复性劳动”。这一百行代码打下来,即使是复制粘贴修改的,分分钟也要抓狂。

        实际上呢,只要学会了列表和循环(剧透:循环下一关会讲,可先忽略),3行代码就能搞定。


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        发现了吗?在第一行代码里,赋值号右边不再像字符串那样只能放一个名字,而是放了50个。

        这就是我们要新认识的第一个数据类型——列表,下面我会从4个方面来介绍列表的用法。


      什么是列表


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列表

        首先,我们来看看列表(list)的代码格式:


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列表格式

        图中的['小明','小红','小刚']就是一个列表。

       一个列表需要用中括号[ ]把里面的各种数据框起来,里面的每一个数据叫作“元素”。每个元素之间都要用英文逗号隔开。

        这就是列表的标准格式,现在请你创建一个列表名为list1的列表,列表里有三个元素:'小明'、18、1.70,并将其打印出来:


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例子

        老师的答案是这样子的:

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举例

        恭喜你,成功掌握了列表的规范写法以及打印列表的方法。而且,你也用代码验证了一个知识点:列表很包容,各种类型的数据(整数/浮点数/字符串)无所不能包。


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正确答案

        不过,很多时候,我们只需要用到列表中的某一个元素,好比老师上课点名时,不会说“所有的同学都站起来回答一下这个问题”。

        所以,问题来了:列表中具体的某个元素,要如何取出来?


    从列表提取单个元素


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提取单个元素

        这就涉及到一个新的知识点:偏移量。列表中的各个元素,好比教室里的某排学生那样,是有序地排列的,也就是说,每个元素都有自己的位置编号(即偏移量)。


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偏移量

        从上图可得:1.偏移量是从0开始的,而非我们习惯的从1开始;2.列表名后加带偏移量的中括号,就能取到相应位置的元素。

        所以,我们可以通过偏移量来对列表进行索引(可理解为搜索定位),读取我们所需的元素。

        假如你现在要喊小明来回答问题,用代码怎么写呢?请补充下列代码,利用列表的偏移量来打印出'小明'这个元素。


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例子运行结果

        老师的答案是这样子的:

答案

        现在我们已经知道了如何从列表中取出一个元素,那如果要同时取好几个呢?所以我们接着学习如何从列表中取出多个元素。


     从列表提取多个元素


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提取多个元素

        这次,老师不会直接告诉你需要用到的知识,而是想让你自己总结出规律。

        请运行以下代码,对比代码和终端最后的结果,尝试发现当中的规律。老师过会儿会考考你。

        一个提醒:

        下列:左右两边的数字指的是列表中元素的偏移量,记住偏移量(索引)始终是从0开始的。


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运行结果

        上面这种用冒号来截取列表元素的操作叫作切片,顾名思义,就是将列表的某个片段拿出来处理。这种切片的方式可以让我们从列表中取出多个元素。

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从列表中取出多个元素


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口诀

        答对了!

        前半句:

      冒号左边空,就要从偏移量为0的元素开始取;

      右边空,就要取到列表的最后一个元素。

        后半句:

     冒号左边数字对应的元素要拿,右边的不动(可再回顾下代码)。

        列表切片口诀是:

     左右空,取到头

     左要取,右不取

        现在就请你来试验一下吧,请修改代码,用切片将列表中小明和小红两个元素一起取出来。


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答案

        老师的答案是这样子的:

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答案

        另外,我们要注意一个细节:偏移量取到的是列表中的元素,而切片则是截取了列表的某部分,所以还是列表,请你运行下列代码看一看。


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运行


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答案

        学完了如何取出列表中的元素,我们接着往下看。


    给列表增加/删除元素


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增加、删除元素

        过了一周,你正上着课呢,教导主任突然领了一个新学生“小美”,说是转校生,要插到你们班。这时,我们就需要用到append()函数给列表增加元素,append的意思是附加,增补。

        我们还是通过代码来试验一番,请你运行代码,并思考规律:(注:报错后,可读一下报错信息,然后在第6行开头加个#号,将其注释掉再运行)

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        你发现规律了吗?我们来解读一下报错信息和代码的结果:


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异常

        这句话的意思是:append后的括号里只能接受一个参数,但却给了两个,也就是4和5。所以,用append()给列表增加元素,每次只能增加一个元素。


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错误答案

        答案是D,append函数并不生成一个新列表,而是让列表末尾新增一个元素。而且,列表长度可变,理论容量无限,所以支持任意的嵌套。

        现在,请你把小美加入students列表中,并打印出列表,注意格式是列表名.append( ):


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答案

        老师的答案是这样子的:

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答案

        很棒哟~现在你已经知道如何增添列表中的元素了。

        又是新的一天,你接到一个电话,小红生病请假了,今天不来上课。所以,你要将小红从列表中删除。

        提示:需要用到del语句。请你先读一下Python官方文档对“del语句”的解释:(懂得阅读官方文档也是编程学习中一个重要能力)


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解释del语句

        请你根据上图中的知识,补全下面的代码,将'小红'从列表中删除,并打印出来:(语法是:del 列表名[元素的索引])


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答案

        事实上del语句非常方便,既能删除一个元素,也能一次删除多个元素(原理和切片类似,左取右不取)

        至此,我们对列表的基本概况已经摸了个遍,是时候总结一下了:


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列表总结

       掌握了这些,列表这种数据类型,你就算入门了。后续就是在练习和项目中不断积累经验,活用列表。接下来我们就来学习另外一种数据类型。


    数据类型:字典


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字典

        众所周知,一个老师的日常就是出卷、改卷。这次期中考呢,小明、小红、小刚分别考了95、90和90分。

        假如我们还用列表来装数据的话,我们需要新创建一个列表来专门放分数,而且要保证和姓名的顺序是一致的,很麻烦。

        所以类似这种名字和数值(如分数、身高、体重等)两种数据存在一一对应的情况,用第二种数据类型——“字典”(dictionary)来存储会更方便。

        什么是字典


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字典

        同样的,我们先来看一下字典是长怎么样的:


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字典长得样子

        仔细看下,字典和列表有3个地方是一样的:

        1.有名称;

        2.要用=赋值;

        3.用逗号作为元素间的分隔符。

        而不一样的有两处:1.列表外层用的是中括号[ ],字典的外层是大括号{ };

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列表和字典

        列表中的元素是自成一体的,而字典的元素是由一个个键值对构成的,用英文冒号连接。如'小明':95,其中我们把'小明'叫键(key),95叫值(value)。

        这样唯一的键和对应的值形成的组合,我们就叫做【键值对】,上述字典就有3个【键值对】:'小明':95、'小红':90、'小刚':90。

        如果不想口算,我们可以用len()函数来得出一个列表或者字典的长度(元素个数),括号里放列表或字典名称。


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举例

        这里需要强调的是,字典中的键具备唯一性,而值可重复。也就是说字典里不能同时包含两个“小明”的键,但却可以同时有两个同为“90”的值。


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提取元素

        现在,我们尝试将小明的成绩从字典里打印出来。这就涉及到字典的索引,和列表通过偏移量来索引不同,字典靠的是键。


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打印字典的键值

        这便是从字典中提取对应的值的用法。和列表相似的是要用[ ],不过因为字典没有偏移量,所以在中括号中应该写键的名称,即字典名[字典的键]。

        现在请你将小红的成绩也打印出来吧,亲手打打代码,才能快速掌握。


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打印字典

        老师的答案是这样子的:

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        现在你也知道如何取出字典里的值了。

        小刚拿到试卷后,下课后来找你,说把他总分算错了,应该是92分。你看了一下,发现还真的是。于是,你在成绩册上将90划掉,改成了92。

        这个操作在代码里对应的是字典的删除和增加。


    给字典增加/删除元素


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删除、增加字典中的元素

        我们还是先来看一个例子,运行下面的代码,留意字典怎么删除以及新增键值对:


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        我们可以发现:删除字典里键值对的代码是del语句del 字典名[键],而新增键值对要用到赋值语句,字典名[键]=值。

        那么,请你把小刚的成绩改成92分吧。对了,新来的小美也考了,得了85。请你对字典里进行修改和新增,然后将整个字典都打印出来。

       老师的答案是这样子的:

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        好了。至此,我们可以总结一下字典的基础知识:


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字典


    列表和字典的异同



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        列表和字典同作为Python里能存储多条数据的数据类型,有许多共同点,也有值得我们注意的不同点,那么接下来我们先来看看不同点。

    列表和字典的不同点

        一个很重要的不同点是列表中的元素是有自己明确的“位置”的,所以即使看似相同的元素,只要在列表所处的位置不同,它们就是两个不同的列表。我们来看看代码:


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        而字典相比起来就显得随和很多,调动顺序也不影响。因为列表中的数据是有序排列的,而字典中的数据是随机排列的。

       这也是为什么两者数据读取方法会不同的原因:列表有序,要用偏移量定位;字典无序,便通过唯一的键来取值。

    列表和字典的相同点:

      我们先来看第一个共同点:在列表和字典中,如果要修改元素,都可用赋值语句来完成。看一下代码:


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代码

        所以,上面修改小刚成绩的时候,其实直接用赋值语句即可,del语句通常是用来删除确定不需要的键值对。

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        第二个共同点其实之前已经略有提及,即支持任意嵌套。除之前学过的数据类型外,列表可嵌套其他列表和字典,字典也可嵌套其他字典和列表。

        先来看看第一种情况:列表嵌套列表。你在班级里成立了以四人为单位的学习小组。这时,列表的形式可以写成:


列表嵌套列表

        students这个列表是由两个子列表组成的,现在有个问题是:我们要怎么把小芳取出来呢?

        可能你数着小芳是列表的第7个元素(从0开始),所以想students[7]不就能取到小芳吗?

        事情当然没有那么简单,当我们在提取这种多级嵌套的列表/字典时,要一层一层地取出来,就像剥洋葱一样:


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一层一层的取

        现在,我们确定了小芳是在students[1]的列表里,继续往下看。


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层层剥洋葱

        小芳是students[1]列表里的第三个元素,所以要取出小芳,代码可以这么写:

        现在,发挥你的聪明才智,从列表中取出小兰,并打印出来吧。


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取出小兰

        老师的答案是这样子的:


        接下来,我们再来看看第二种情况:字典嵌套字典。

        和列表嵌套列表也是类似的,需要一层一层取出来,比如说要取出小芳的成绩,代码是这样写:

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取小芳

        请你仔细观察上面的代码,然后尝试取出小刚的成绩。


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小芳

        真棒,给你100分都不怕你骄傲!

        老师的答案是这样子的:

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小刚

        我们再来提高下难度,看看列表和字典相互嵌套的情况,可以将代码和注释结合起来看。


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代码、注释结合看

        同样,现在请你自己试验一下吧,请在下列代码基础上 1.打印出字典students里的小刚 2.打印出列表scores里小刚的分数100。


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取小刚及其分数

        老师的答案是这样子的:


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答案

        相信你能成功做出来吧?为你鼓掌!祝贺你,对这两位新朋友的认识又更进一步。

        那么,这一关的任务已经圆满完成啦。记得多复习,课后练习也要去做,能帮助你更好更快地巩固所学知识。

        下一关,我们会开始接触Python里非常重要的工具——循环,有了它,许多重复性工作就可以让计算机帮我们完成。下一关见!


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练习1


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练习


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步骤讲解

        第一步

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运行通过

        第二步

运行通过

        第三步

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运行通过


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完成作业

        练习二、找到那只狼


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练习二


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答案


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完成作业

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