Python 字典

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尚学堂 Python 400 集

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代码测试所用版本： Python 3.8.2

1 字典介绍

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':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}

2 字典的创建

1. 我们可以通过{}、dict()来创建字典对象。
>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'dd':[2,3,4]}
>>> a
{'name': 'gaoqi', 'age': 18, 'dd': [2, 3, 4]}
>>> b = dict(name='gaoqi',age=18,dd=[2,3,4])
>>> b
{'name': 'gaoqi', 'age': 18, 'dd': [2, 3, 4]}
>>> c = dict([("name","gaoqi"),("age",18),("dd",[2,3,4])])
>>> c
{'name': 'gaoqi', 'age': 18, 'dd': [2, 3, 4]}
>>> type(c)
<class 'dict'>
>>> d  = [("name","gaoqi"),("age",18),("dd",[2,3,4])]
>>> type(d)
<class 'list'>
>>> d={}    # 创建一个空字典
>>> e=dict()    #创建一个空字典

2. 通过zip()创建字典对象

>>> k = ['name','age','job']
>>> v = ['gaoqi',18,'techer']
>>> d = dict(zip(k,v))
>>> d
{'name': 'gaoqi', 'age': 18, 'job': 'techer'}

3. 通过fromkeys创建值为空的字典

>>> a = dict.fromkeys(['name','age','job'])
>>> a
{'name': None, 'age': None, 'job': None}

3 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':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}

1. 通过 [键] 获得“值”。若键不存在，则抛出异常。

>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}
>>> a['name']
'gaoqi'
>>> a['age']
18
>>> 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”。

>>> a.get('name')
'gaoqi'
>>> a.get('sex')
>>> print(a.get('sex'))
None
>>> a.get('sex','不存在')
'不存在'

3. 列出所有的键值对

>>> a.items()
dict_items([('name', 'gaoqi'), ('age', 18), ('job', 'programmer')])

4. 列出所有的键，列出所有的值

>>> a.keys()
dict_keys(['name', 'age', 'job'])
>>> a.values()
dict_values(['gaoqi', 18, 'programmer'])

5. len() 键值对的个数

>>> len(a)
3

6. 检测一个“键”是否在字典中

>>> a = {"name":"gaoqi","age":18}
>>> "name" in a
True

4 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”。

>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}
>>> a['address']='西三旗1号院'    # 如果“键”不存在，则新增“键值对”
>>> a
{'name': 'gaoqi', 'age': 18, 'job': 'programmer', 'address': '西三旗1号院'}
>>> a['age']=16    # 如果“键”已经存在，则覆盖旧的键值对
>>> a
{'name': 'gaoqi', 'age': 16, 'job': 'programmer', 'address': '西三旗1号院'}

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。

>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}
>>> b = {'name':'gaoxixi','money':1000,'sex':'男的'}
>>> a.update(b)    # 用b覆盖a
>>> a
{'name': 'gaoxixi', 'age': 18, 'job': 'programmer', 'money': 1000, 'sex': '男的'}

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”；

>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}
>>> del(a['name'])
>>> a
{'age': 18, 'job': 'programmer'}
>>> b = a.pop('age')    # 删除键，并将键对应的值返回给b
>>> b
18
>>> a
{'job': 'programmer'}
>>> 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）。

# 既然是随机弹出，为什么两次运行结果一样：popitem() 方法删除最后插入字典中的项目。在 3.7 之前的版本中，popitem() 方法删除一个随机项。
>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}
>>> a.popitem()
('job', 'programmer')
>>> a
{'name': 'gaoqi', 'age': 18}
>>> a.popitem()
('age', 18)
>>> a
{'name': 'gaoqi'}
>>> a = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'programmer'}    
>>> a.popitem()
('job', 'programmer')
>>> a
{'name': 'gaoqi', 'age': 18}
>>> a.popitem()
('age', 18)
>>> a
{'name': 'gaoqi'}

5 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。

>>> x,y,z=(20,30,10)
>>> x
20
>>> y
30
>>> z
10
>>> (a,b,c)=(9,8,10)
>>> a
9
>>> b
8
>>> c
10
>>> [a,b,c]=[10,20,30]
>>> a
10
>>> b
20
>>> c
30

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()；

>>> s = {'name':'gaoqi','age':18,'job':'teacher'}
>>> a,b,c=s    # 返回字典的键
>>> a
'name'
>>> b
'age'
>>> c
'job'
>>> d,e,f=s.values()    # 返回字典的值
>>> d
'gaoqi'
>>> e
18
>>> f
'teacher'
>>> h,i,j=s.items()    # 返回字典的键值对
>>> h
('name', 'gaoqi')
>>> i
('age', 18)
>>> j
('job', 'teacher')
>>> type(h)
<class 'tuple'>
>>> h(0)    # 元组索引同样用[]
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in <module>
    h(0)
TypeError: 'tuple' object is not callable
>>> h[0]
'name'
>>> h[1]
'gaoqi'

6 表格数据使用字典和列表存储，并实现访问

姓名	年龄	薪资	城市
高小一	18	30000	北京
高小二	19	20000	上海
高小五	20	10000	深圳

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"}

tb = [r1,r2,r3]

# 获得第二行的人的薪资
print(tb[1].get("salary"))

# 打印表中所有人的薪资
for i in range(len(tb)):
    print(tb[i].get("salary"))

# 打印表中所有数据
for i in range(len(tb)):
    print(tb[i].get("name"),tb[i].get("age"),tb[i].get("salary"),tb[i].get("city"))

7 字典核心底层原理(重要)

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。

7.1 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”=”gaoqi”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"))
'-0b1010111101001110110101100100101'    # 例子

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：

7.2 扩容

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。

7.3 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.get("name")
'gaoqi'

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“gaoqi”。
第一步，我们仍然要计算“name”对象的散列值：

>>> bin(hash("name"))
'-0b1010111101001110110101100100101'    # 例子

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：

7.4 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，应该先遍历，再修改。