Python零基础入门

Posted 2021-08-06 Geek_bao

Python数据分析基础

• 八、字典与集合
• • 8.1 字典
  • • 8.1.1 字典的创建和删除
    • 8.1.2 通过“键值对”访问字典
    • 8.1.3 遍历字典
    • 8.1.4 添加、修改和删除字典元素
    • 8.1.5 字典推导式
  • 8.2 集合
  • • 8.2.1集合的创建
    • 8.2.2 集合的添加和删除
    • 8.2.3 集合的交集、并集和差集运算
  • 8.3 列表、元组、字典和集合的区别

八、字典与集合

8.1 字典

字典和列表类似，也是可变序列，不过与列表不同，它是无序的可变序列，保存的内容是以“键值对”的形式存放的。这类似于一本字典，可以把拼音和汉字关联起来。通过音节表可以快速查找想要的汉字。其中，字典的音节表相当于键（key），而对应的汉字就相当于值（value）。键是唯一的，而值可以是多个。字典在定义一个包含多个命名字段的对象时，很有用。

说明：Python中的字典相当于Java或者C++中的Map对象。

字典的主要特征如下：

1. 通过键而不是通过索引来读取：
   字典有时也称为关联数组或者散列表（hash）。它是通过键将一系列的值联系起来的，这样就可以通过键从字典中获取指定项，但不能通过索引来获取。
2. 字典是任意对象的无序集合：
   字典是无序的，各项是从左到右随机排序的，即保存在字典中的项没有特定的顺序，这样可以提高查找的效率。
3. 字典是可变的，并且可以任意嵌套：
   字典可以在原处增长或者缩短（无须生成一份备份），并且它支持任意深度的嵌套（即它的值可以是列表或者其他字典）。
4. 字典中的键必须唯一
   不允许同一个键出现两次，如果出现两次，则后一个值会被记住。
5. 字典中的键必须不可变
   字典中的键是不可变的，所以可以使用数字、字符串或者元组，但不能使用列表。

8.1.1 字典的创建和删除

定义字典时，每个元素都包含两个部分“键”和“值”。以水果名称和价钱的字典为例，键为水果名称，值为水果价格。如下图所示。

创建字典时，在“键”和“值”之间使用冒号分隔，相邻两个元素使用逗号分隔，所有元素放在一个“{}”中。语法格式如下：
dictionary = {‘key1’: ‘value1’, ‘key2’: ‘value2’, …, ‘keyn’: ‘valuen’,}
参数说明：
dictionary：字典名称
key1、key2…keyn：表示元素的键，必须是唯一的，并且不可变的，可以是字符串、数字或者元组
value1、value2…valuen：表示元素的值，可以是任何数据类型，不是必须唯一。
下面看一个通讯录的字典样式：

dictionary = {'qq': '2901338265', 'uestc': '123456789', 'ccf': '88888888'}
print(dictionary)

{'qq': '2901338265', 'uestc': '123456789', 'ccf': '88888888'}

同列表和元组一样，在Python中也可以创建空字典。使用下面两种方法创建空字典：
dictionary = {}
或者
dictionary = dict()
Python的dict()方法除了可以创建一个空字典外，还可以通过已有数据快速创建字典。主要表现为以下两种形式：

1.通过映射函数创建字典，语法如下：
dictionary = dict(zip(list1, list2))
参数说明：
dictionary：表示字典名称。
zip()函数：用于将多个列表或元组对应位置的元素组合为元组，并返回包含这些内容的zip()对象。如果想得到元组，可以使用tuple()函数将zip对象转换为元组；如果想得到列表，则可以使用list()函数将其转换为列表。
说明：在Python 2.x中，zip()函数返回的内容为包含元组的列表。

下面看看Python3中的代码示例：

name = ['uestc', 'geek', 'bao']
sign = ['university', 'csdn', 'first']
dictionary = dict(zip(name, sign))
print(dictionary)

{'uestc': 'university', 'geek': 'csdn', 'bao': 'first'}

2.通过给定的“键值对”创建字典，语法如下：
dictionary = dict(key1=value1, key2=value2, …, keyn=valuen)
参数说明：
dictionary：字典名称
key1、key2…keyn：表示元素的键，必须是唯一的，并且不可变的，可以是字符串、数字或者元组
value1、value2…valuen：表示元素的值，可以是任何数据类型，不是必须唯一。
代码示例如下

dictionary = dict(uestc = 'university', geek = 'csdn', bao = 'first')
print(dictionary)

{'uestc': 'university', 'geek': 'csdn', 'bao': 'first'}

在Python中还可以使用dict对象的fromkeys()方法创建值为空的字典，语法如下：
dictionary = dict.fromkeys(list1)
参数说明：
dictionary：表示字典
list1：表示作为字典的键的列表
示例代码如下：

name_list = ['uestc', 'geek', 'bao']
dictionary = dict.fromkeys(name_list)
print(dictionary)

{'uestc': None, 'geek': None, 'bao': None}

另外，还可以通过已经存在的元组和列表创建字典。示例代码如下：

name_tuple = ('uestc', 'geek', 'bao')
sign = ['university', 'csdn', 'first']
dict1 = {name_tuple: sign}
print(dict1)

{('uestc', 'geek', 'bao'): ['university', 'csdn', 'first']}

将作为键的元组修改为列表，再创建一个字典，代码如下：

name_tuple = ['uestc', 'geek', 'bao']
sign = ['university', 'csdn', 'first']
dict1 = {name_tuple: sign}
print(dict1)

---------------------------------------------------------------------------

TypeError                                 Traceback (most recent call last)

<ipython-input-7-a5ce8d0447b3> in <module>
      1 name_tuple = ['uestc', 'geek', 'bao']
      2 sign = ['university', 'csdn', 'first']
----> 3 dict1 = {name_tuple: sign}
      4 print(dict1)


TypeError: unhashable type: 'list'

上面将列表作为字典的键产生了异常，这里要注意！！！
同列表和元组一样，不再需要的字典也可以使用del命令删除整个字典。如下：

del dictionary

另外，如果只是想删除字典的全部元素，可以使用字典对象的clear()方法实现。执行clear()方法后，原字典变为空字典。下面的代码将清除字典的全部元素：
dictionary.clear()
除了上面介绍的方法可以删除字典元素，还可以使用字典对象的pop()方法删除并返回指定“键”的元素，以及使用字典对象的popitem()方法删除并返回字典中的一个元素。

8.1.2 通过“键值对”访问字典

在Python中，如果想将字典的内容输出也比较简单，可以直接使用print()函数。例如我们前面用的print(dictionary)

但是在使用字典时，很少直接输出它的内容。一般需要根据指定的键得到相应的结果。在Python中，访问字典的元素可以通过下标的方式实现，与列表和元组不同，这里的下标不是索引号，而是键。

dictionary = dict(uestc = 'university', geek = 'csdn', bao = 'first')
print(dictionary['uestc'])

university

在使用该方法获取键的值时，如果指定的键不存在，将会出现如下异常。

print(dictionary['cc'])

---------------------------------------------------------------------------

KeyError                                  Traceback (most recent call last)

<ipython-input-13-e69f49ba85a9> in <module>
----> 1 print(dictionary['cc'])


KeyError: 'cc'

而在实际开发中，很可能我们不知道当前存在什么键，所以需要避免该异常的产生。具体的解决方法是使用if语句对不存在的情况进行处理，即给一个默认值。代码如下：

print("ccf是什么：", dictionary['ccf'] if '' in dictionary else '字典中无此选项')

ccf是什么： 字典中无此选项

另外，Python中推荐的方法是使用字典对象的get()方法获取指定键的值。语法格式如下：
dictionary.get(key, [default])
其中，dictionary为字典对象，即要从中获取值的字典；key为指定的键；default为可选项，用于指定当指定的“键”不存在时，返回一个默认值，如果省略，则返回None。示例代码如下：

print("uestc是：", dictionary.get('uestc'))

uestc是： university

说明：为了解决在获取指定键的值时，因不存在该键而导致抛出异常，可以为get()方法设置默认值，这样当指定的键不存在时，得到的结果就是指定的默认值。代码如下：

print("ccf是：", dictionary.get('ccf', '字典中无此选项'))

ccf是： 字典中无此选项

8.1.3 遍历字典

字典是以“键值对”的形式存储数据的，所以在使用字典时需要获取到这些“键值对”。Python提供了遍历字典的方法，通过遍历可以获得字典中的全部“键值对”。

使用字典对象的items()方法可以获取字典的“键值对”列表。语法格式如下：
dictionary.items()
其中，dictionary为字典对象；返回值为可遍历的（“键值对”）的元组列表。想要获取到具体的“键值对”，可以通过for循环遍历该元组列表。实例代码如下：

dictionary = {'qq': '2901338265', 'uestc': '123456789', 'ccf': '88888888'}
for item in dictionary.items():
    print(item)

('qq', '2901338265')
('uestc', '123456789')
('ccf', '88888888')

上面的代码得到的是元组中的各个元素，如果想要获取到具体的每个键和值，可以使用如下代码遍历：

dictionary = {'qq': '2901338265', 'uestc': '123456789', 'ccf': '88888888'}
for key, value in dictionary.items():
    print(key, "的号码是", value)

qq 的号码是 2901338265
uestc 的号码是 123456789
ccf 的号码是 88888888

说明：在Python中，字典对象还提供了values()和keys()方法，用于返回字典的值和键列表，它们的使用方法同items()方法类似，也需要通过for循环遍历该字典列表，获取对应的值和键。

8.1.4 添加、修改和删除字典元素

由于字典时可变序列，所以可以随时在其中添加“键值对”，这和列表类似。向字典中添加元素的语法格式如下：
dictionary[key] = value
参数说明：
dictionary：字典名称
key：表示元素的键，必须是唯一的，并且不可变的，可以是字符串、数字或者元组
value：表示元素的值，可以是任何数据类型，不是必须唯一。
示例代码如下：
dictionary = dict(uestc = ‘university’, geek = ‘csdn’, bao = ‘first’)
dictionary[“hello”] = “world”
print(dictionary)

从上面结果看出，已经添加了一个新元素。

由于在字典中，“键”必须是唯一的，所以如果新添加元素的“键”与已经存在的“键”重复，那么将使用新的“值”替换原来该“键”的值，这也相当于修改字典的元素。示例代码如下：

dictionary = dict(uestc = 'university', geek = 'csdn', bao = 'first')
dictionary["csdn"] = "chengxuyuan"
print(dictionary)

{'uestc': 'university', 'geek': 'csdn', 'bao': 'first', 'csdn': 'chengxuyuan'}

从上面可以看出，并没有添加新元素而是直接对键“csdn”进行了修改。

当字典中的某一个元素不需要时，可以使用del命令将其删除。示例代码如下：

dictionary = dict(uestc = 'university', geek = 'csdn', bao = 'first')
del dictionary["bao"]
print(dictionary)

{'uestc': 'university', 'geek': 'csdn'}

当删除一个不存在的键时，会抛出异常。因此我们可以对代码做如下修改：

dictionary = dict(uestc = 'university', geek = 'csdn', bao = 'first')
if "bao" in dictionary:
    del dictionary["bao"]
print(dictionary)

{'uestc': 'university', 'geek': 'csdn'}

8.1.5 字典推导式

使用字典推导式可以快速生成一个字典，它的表现形式和列表推导式类似。示例代码如下：

import random
randomdict = {i: random.randint(10, 100) for i in range(1, 5)}
print("生成的字典为：", randomdict)

生成的字典为： {1: 49, 2: 82, 3: 23, 4: 10}

8.2 集合

Python中的集合同数学中的集合概念类似，也是用于保存不重复元素的。它有可变集合（set）和不可变集合（frozenset）两种。其中，本节介绍的set集合是无序可变序列，而另一种在节中不做介绍。在形式上，集合的所有元素都放在一对大括号“{ }”中，两个相邻元素间使用逗号“,”分隔。集合最好的应用就是去重，因为集合中的每个元素都是唯一的。
说明：在数学中，集合的定义是把一些能够确定的不同的对象看成一个整体，而这个整体就是由这些对象的全体构成的集合。集合通常用大括号“{}”或者大写的拉丁字母表示。集合中最常用的操作就是创建集合，以及集合的添加、删除、交集、并集和差集等运算，下面开始分别介绍一下。

8.2.1集合的创建

在Python中提供了两种创建集合的方法：一种是直接使用“{}”创建；另一种是通过set()函数将列表、元组等可迭代对象转换为集合。推荐使用第二种方法。

1.直接使用“{}”创建

在Python中，创建set()集合也可以像列表、元组和字典一样，直接将集合赋值给变量从而实现创建集合，即直接使用大括号“{}”创建。语法格式如下：
setname = {element 1, element 2, element 3, …, element n}
其中，setname表示集合的名称，可以是任何符合Python命名规则的标识符；element 1、 element 2、element3、element n表示集合中的元素，个数没有限制，并且只要是Python支持的数据类型就可以。
注意：在创建集合时，如果输入了重复的元素，Python会自动只保留一个。

下面代码可创建一个集合：

set1 = {'uestc', 'ccf', 'csdn'}
set2 = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 8, 5}
set3 = {'python', 28, ('ccc', 'sss')}
print(set1)
print(set2)
print(set3)

{'ccf', 'uestc', 'csdn'}
{1, 3, 4, 5, 8, 9}
{'python', 28, ('ccc', 'sss')}

说明：由于Python中的set集合时无序的，所以每次输出时元素的排列顺序可能与上面的不同。

2.使用set()函数创建

在Python中，可以使用set()函数将列表、元组等其他可迭代对象转换为集合。set()函数的语法格式如下：

setname = set(iteration)
参数说明：
setname：表示函数名称。
iteration：表示要转换为集合的可迭代对象，可以是列表、元组、range对象等。另外也可以是字符串，如果是字符串，返回的集合将是包含全部不重复的集合。示例代码如下：

set1 = set("csjfakgkaksjgkajkjfk")
set2 = set([3, 3, 3.3, 4])
set3 = set(('ccf', 'uestc'))
print(set1)
print(set2)
print(set3)

{'j', 'c', 'a', 's', 'f', 'k', 'g'}
{3.3, 3, 4}
{'ccf', 'uestc'}

从上面创建集合的结果可以看出，在创建集合时，如果出现了重复元素，那么将只保留一个，如在第一个集合中的k和a都只保留了一个。
注意：在创建集合时，只能使用set()函数实现，而不能使用一对大括号“{}”实现，这是因为在Python中，直接使用一对大括号“{}”表示创建一个空字典。
代码示例如下：

set1 = set(['ccc', 'aaa', 'bbb'])
print(set1)
set2 = set(['fff', 'ggg', 'zz'])
print(set2)

{'aaa', 'bbb', 'ccc'}
{'ggg', 'zz', 'fff'}

注意：再次强调在Python中，创建集合时推荐使用set()函数实现。

8.2.2 集合的添加和删除

集合是可变序列，所以在创建集合后，还可以对其添加或者删除元素。下面开始介绍。

1.向集合中添加元素

向集合中添加元素可以使用add()方法实现。语法格式如下：
setname.add(element)
其中，setname表示要添加元素的集合；element表示要添加的元素内容。这里只能使用字符串、数字及布尔类型的True或者False等，不能使用列表、元组等可迭代对象。
下面看一个代码示例：

cs = set(['os', 'ds', 'net'])
cs.add('sql')
print(cs)

{'os', 'sql', 'ds', 'net'}

2.从集合中删除元素

在Python中，可以使用del命令删除整个集合，也可以使用集合的pop()方法或者remove()方法删除一个元素，或者使用集合对象的clear()方法清空集合，即删除集合中的全部元素，使其变为空集合。示例代码如下：

cs = set(['os', 'ds', 'net', 'sql','ps'])
cs.remove('ps')
print("remove()方法删除ps后的cs：", cs)
cs.pop()
print("使用pop()方法移除一个元素后：", cs)
cs.clear()
print("使用clear()方法清空集合后：", cs)

remove()方法删除ps后的cs： {'net', 'os', 'sql', 'ds'}
使用pop()方法移除一个元素后： {'os', 'sql', 'ds'}
使用clear()方法清空集合后： set()

注意：使用remove()方法时，如果指定的内容不存在，将会抛出异常，所以在移除元素前，最好先判断其是否存在，可使用关键字in实现。

8.2.3 集合的交集、并集和差集运算

集合中最常用的操作就是进行交集、并集和差集运算。进行交集运算时使用“&”符号；进行并集运算时使用“|”符号；进行差集运算时使用“-”符号。下面看看具体代码示例：

cs = set(['os', 'ds', 'net', 'sql','ps'])
print("cs基础学科有：", cs)
cf = set(['os', 'db', 'cc'])
print("cf是", cf)
print("交集运算：", cs & cf)
print("并集运算：", cs | cf)
print("差集运算：", cs - cf)

cs基础学科有： {'ps', 'net', 'os', 'sql', 'ds'}
cf是 {'os', 'cc', 'db'}
交集运算： {'os'}
并集运算： {'ps', 'db', 'os', 'sql', 'cc', 'ds', 'net'}
差集运算： {'ps', 'sql', 'ds', 'net'}

8.3 列表、元组、字典和集合的区别

前面博客我们介绍了列表、元组，本节我们介绍了序列中的字典和集合，下面通过表格对比一下这几个数据序列的差异。