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Python3 数据结构

本章节我们主要结合前面所学的知识点来介绍Python数据结构。

列表

Python中列表是可变的，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。

以下是 Python 中列表的方法：方法描述

list.append(x)把一个元素添加到列表的结尾，相当于 a[len(a):] = [x]。

list.extend(L)通过添加指定列表的所有元素来扩充列表，相当于 a[len(a):] = L。

list.insert(i, x)在指定位置插入一个元素。第一个参数是准备插入到其前面的那个元素的索引，例如 a.insert(0, x) 会插入到整个列表之前，而 a.insert(len(a), x) 相当于 a.append(x) 。

list.remove(x)删除列表中值为 x 的第一个元素。如果没有这样的元素，就会返回一个错误。

list.pop([i])从列表的指定位置删除元素，并将其返回。如果没有指定索引，a.pop()返回最后一个元素。元素随即从列表中被删除。(方法中 i 两边的方括号表示这个参数是可选的，而不是要求你输入一对方括号，你会经常在 Python 库参考手册中遇到这样的标记。)

list.clear()移除列表中的所有项，等于del a[:]。

list.index(x)返回列表中第一个值为 x 的元素的索引。如果没有匹配的元素就会返回一个错误。

list.count(x)返回 x 在列表中出现的次数。

list.sort()对列表中的元素进行排序。

list.reverse()倒排列表中的元素。

list.copy()返回列表的浅复制，等于a[:]。

下面示例演示了列表的大部分方法：

>>>a=[66.25,333,333,1,1234.5]>>>print(a.count(333),a.count(66.25),a.count('x'))210>>>a.insert(2,-1)>>>a.append(333)>>>a[66.25,333,-1,333,1,1234.5,333]>>>a.index(333)1>>>a.remove(333)>>>a[66.25,-1,333,1,1234.5,333]>>>a.reverse()>>>a[333,1234.5,1,333,-1,66.25]>>>a.sort()>>>a[-1,1,66.25,333,333,1234.5]

注意：类似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法没有返回值。

将列表当做堆栈使用

列表方法使得列表可以很方便的作为一个堆栈来使用，堆栈作为特定的数据结构，最先进入的元素最后一个被释放(后进先出)。用 append() 方法可以把一个元素添加到堆栈顶。用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从堆栈顶释放出来。例如：

>>>stack=[3,4,5]>>>stack.append(6)>>>stack.append(7)>>>stack[3,4,5,6,7]>>>stack.pop()7>>>stack[3,4,5,6]>>>stack.pop()6>>>stack.pop()5>>>stack[3,4]

将列表当作队列使用

也可以把列表当做队列用，只是在队列里第一加入的元素，第一个取出来；但是拿列表用作这样的目的效率不高。在列表的最后添加或者弹出元素速度快，然而在列表里插入或者从头部弹出速度却不快(因为所有其他的元素都得一个一个地移动)。

>>>fromcollectionsimportdeque>>>queue=deque(['Eric','John','Michael'])>>>queue.append('Terry')# Terry arrives>>>queue.append('Graham')# Graham arrives>>>queue.popleft()# The first to arrive now leaves'Eric'>>>queue.popleft()# The second to arrive now leaves'John'>>>queue# Remaining queue in order of arrivaldeque(['Michael','Terry','Graham'])

列表推导式

列表推导式提供了从序列创建列表的简单途径。通常应用程序将一些操作应用于某个序列的每个元素，用其获得的结果作为生成新列表的元素，或者根据确定的判定条件创建子序列。

每个列表推导式都在 for 之后跟一个表达式，然后有零到多个 for 或 if 子句。返回结果是一个根据表达从其后的 for 和 if 上下文环境中生成出来的列表。如果希望表达式推导出一个元组，就必须使用括号。

这里我们将列表中每个数值乘三，获得一个新的列表：

>>>vec=[2,4,6]>>>[3*xforxinvec][6,12,18]

现在我们玩一点小花样：

>>>[[x,x**2]forxinvec][[2,4],[4,16],[6,36]]

这里我们对序列里每一个元素逐个调用某方法：

>>>freshfruit=[' banana',' loganberry ','passion fruit ']>>>[weapon.strip()forweaponinfreshfruit]['banana','loganberry','passion fruit']

我们可以用 if 子句作为过滤器：

>>>[3*xforxinvecifx>3][12,18]>>>[3*xforxinvecifx<2][]

以下是一些关于循环和其它技巧的演示：

>>>vec1=[2,4,6]>>>vec2=[4,3,-9]>>>[x*yforxinvec1foryinvec2][8,6,-18,16,12,-36,24,18,-54]>>>[x+yforxinvec1foryinvec2][6,5,-7,8,7,-5,10,9,-3]>>>[vec1[i]*vec2[i]foriinrange(len(vec1))][8,12,-54]

列表推导式可以使用复杂表达式或嵌套函数：

>>>[str(round(355/113,i))foriinrange(1,6)]['3.1','3.14','3.142','3.1416','3.14159']

嵌套列表解析

Python的列表还可以嵌套。

以下实例展示了3X4的矩阵列表：

>>>matrix=[...[1,2,3,4],...[5,6,7,8],...[9,10,11,12],...]

以下实例将3X4的矩阵列表转换为4X3列表：

>>>[[row[i]forrowinmatrix]foriinrange(4)][[1,5,9],[2,6,10],[3,7,11],[4,8,12]]

以下实例也可以使用以下方法来实现：

>>>transposed=[]>>>foriinrange(4):...transposed.append([row[i]forrowinmatrix])...>>>transposed[[1,5,9],[2,6,10],[3,7,11],[4,8,12]]

另外一种实现方法：

>>>transposed=[]>>>foriinrange(4):...# the following 3 lines implement the nested listcomp...transposed_row=[]...forrowinmatrix:...transposed_row.append(row[i])...transposed.append(transposed_row)...>>>transposed[[1,5,9],[2,6,10],[3,7,11],[4,8,12]]

del 语句

使用 del 语句可以从一个列表中依索引而不是值来删除一个元素。这与使用 pop() 返回一个值不同。可以用 del 语句从列表中删除一个切割，或清空整个列表(我们以前介绍的方法是给该切割赋一个空列表)。例如：

>>>a=[-1,1,66.25,333,333,1234.5]>>>dela[0]>>>a[1,66.25,333,333,1234.5]>>>dela[2:4]>>>a[1,66.25,1234.5]>>>dela[:]>>>a[]

也可以用 del 删除实体变量：

>>>dela

元组和序列

元组由若干逗号分隔的值组成，例如：

>>>t=12345,54321,'hello!'>>>t[0]12345>>>t(12345,54321,'hello!')>>># Tuples may be nested:...u=t,(1,2,3,4,5)>>>u((12345,54321,'hello!'),(1,2,3,4,5))

如你所见，元组在输出时总是有括号的，以便于正确表达嵌套结构。在输入时可能有或没有括号， 不过括号通常是必须的(如果元组是更大的表达式的一部分)。

集合

集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。

可以用大括号({})创建集合。注意：如果要创建一个空集合，你必须用 set() 而不是 {} ；后者创建一个空的字典，下一节我们会介绍这个数据结构。

以下是一个简单的演示：

>>>basket={'apple','orange','apple','pear','orange','banana'}>>>print(basket)# show that duplicates have been removed{'orange','banana','pear','apple'}>>>'orange'inbasket# fast membership testingTrue>>>'crabgrass'inbasketFalse>>># Demonstrate set operations on unique letters from two words...>>>a=set('abracadabra')>>>b=set('alacazam')>>>a# unique letters in a{'a','r','b','c','d'}>>>a-b# letters in a but not in b{'r','d','b'}>>>a|b# letters in either a or b{'a','c','r','d','b','m','z','l'}>>>a&b# letters in both a and b{'a','c'}>>>a^b# letters in a or b but not both{'r','d','b','m','z','l'}>>>basket={'apple','orange','apple','pear','orange','banana'}>>>print(basket)# show that duplicates have been removed{'orange','banana','pear','apple'}>>>'orange'inbasket# fast membership testingTrue>>>'crabgrass'inbasketFalse>>># Demonstrate set operations on unique letters from two words...>>>a=set('abracadabra')>>>b=set('alacazam')>>>a# unique letters in a{'a','r','b','c','d'}>>>a-b# letters in a but not in b{'r','d','b'}>>>a|b# letters in either a or b{'a','c','r','d','b','m','z','l'}>>>a&b# letters in both a and b{'a','c'}>>>a^b# letters in a or b but not both{'r','d','b','m','z','l'}

集合也支持推导式：

>>>a={xforxin'abracadabra'ifxnotin'abc'}>>>a{'r','d'}

字典

另一个非常有用的 Python 内建数据类型是字典。

序列是以连续的整数为索引，与此不同的是，字典以关键字为索引，关键字可以是任意不可变类型，通常用字符串或数值。

理解字典的最佳方式是把它看做无序的键=>值对集合。在同一个字典之内，关键字必须是互不相同。

一对大括号创建一个空的字典：{}。

这是一个字典运用的简单例子：

>>>tel={'jack':4098,'sape':4139}>>>tel['guido']=4127>>>tel{'sape':4139,'guido':4127,'jack':4098}>>>tel['jack']4098>>>deltel['sape']>>>tel['irv']=4127>>>tel{'guido':4127,'irv':4127,'jack':4098}>>>list(tel.keys())['irv','guido','jack']>>>sorted(tel.keys())['guido','irv','jack']>>>'guido'intelTrue>>>'jack'notintelFalse

构造函数 dict() 直接从键值对元组列表中构建字典。如果有固定的模式，列表推导式指定特定的键值对：

>>>dict([('sape',4139),('guido',4127),('jack',4098)]){'sape':4139,'jack':4098,'guido':4127}

此外，字典推导可以用来创建任意键和值的表达式词典：

>>>{x:x**2forxin(2,4,6)}{2:4,4:16,6:36}

如果关键字只是简单的字符串，使用关键字参数指定键值对有时候更方便：

>>>dict(sape=4139,guido=4127,jack=4098){'sape':4139,'jack':4098,'guido':4127}

遍历技巧

在字典中遍历时，关键字和对应的值可以使用 items() 方法同时解读出来：

>>>knights={'gallahad':'the pure','robin':'the brave'}>>>fork,vinknights.items():...print(k,v)...gallahad the purerobin the brave

在序列中遍历时，索引位置和对应值可以使用 enumerate() 函数同时得到：

>>>fori,vinenumerate(['tic','tac','toe']):...print(i,v)...0tic1tac2toe

同时遍历两个或更多的序列，可以使用 zip() 组合：

>>>questions=['name','quest','favorite color']>>>answers=['lancelot','the holy grail','blue']>>>forq,ainzip(questions,answers):...print('What is your {0}? It is {1}.'.format(q,a))...Whatisyour name?Itislancelot.Whatisyour quest?Itisthe holy grail.Whatisyour favorite color?Itisblue.

要反向遍历一个序列，首先指定这个序列，然后调用 reversesd() 函数：

>>>foriinreversed(range(1,10,2)):...print(i)...97531

要按顺序遍历一个序列，使用 sorted() 函数返回一个已排序的序列，并不修改原值：

>>>basket=['apple','orange','apple','pear','orange','banana']>>>forfinsorted(set(basket)):...print(f)...applebananaorangepear

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