Python数据结构

Posted 2020-11-01 流年醉影

Python数据结构 （列表）（将列表当做堆栈使用）（将列表当队列使用）（列表推导式）（嵌套列表解析）（del语句）（元组和序列）（集合）（字典）（遍历技巧）

 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：

 

 

 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\'))
2 1 0
>>> 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）。

 >>> from collections import deque 

>>> 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 arrival 

deque([\'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*x for x in vec] 

[6, 12, 18]

现在我们玩一点小花样：
>>> [[x, x**2] for x in vec] 

[[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() for weapon in freshfruit] 

[\'banana\', \'loganberry\', \'passion fruit\']

我们可以用 if 子句作为过滤器：
>>> [3*x for x in vec if x > 3] 

[12, 18] 

>>> [3*x for x in vec if x < 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*y for x in vec1 for y in vec2]

 [8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54] 

>>> [x+y for x in vec1 for y in vec2]

 [6, 5, -7, 8, 7, -5, 10, 9, -3] 

>>> [vec1[i]*vec2[i] for i in range(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)) for i in range(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] for row in matrix] for i in range(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 = [] 

>>> for i in range(4): 

... 　　transposed.append([row[i] for row in matrix]) 

... 

>>> transposed 

[[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

另外一种实现方法：
>>> transposed = [] 

>>> for i in range(4):

 ... 　　# the following 3 lines implement the nested listcomp 

... 　　transposed_row = [] 

... 　　for row in matrix: ... 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] 

>>> del a[0] 

>>> a 

[1, 66.25, 333, 333, 1234.5] 

>>> del a[2:4] 

>>> a 

[1, 66.25, 1234.5] 

>>> del a[:] 

>>> a 

[]

也可以用 del 删除实体变量：
>>> del a

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。

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\' in basket # fast membership testing 

True 

>>> \'crabgrass\' in basket 

False 

>>> # 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\' in basket # fast membership testing 

True 

>>> \'crabgrass\' in basket 

False 

>>> # 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\'}

 

 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 

>>> del tel[\'sape\'] 

>>> tel[\'irv\'] = 4127 

>>> tel 

{\'guido\': 4127, \'irv\': 4127, \'jack\': 4098} 

>>> list(tel.keys()) 

[\'irv\', \'guido\', \'jack\'] 

>>> sorted(tel.keys())

 [\'guido\', \'irv\', \'jack\'] 

>>> \'guido\' in tel 

True 

>>> \'jack\' not in tel 

False

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**2 for x in (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\'} 

>>> for k, v in knights.items(): 

... 　　print(k, v) 

... 

gallahad the pure 

robin 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：

>>> for i, v in enumerate([\'tic\', \'tac\', \'toe\']): 

... 　　print(i, v) 

... 

0 tic 

1 tac 

2 toe

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\'] 

>>> for q, a in zip(questions, answers): 

... 　　print(\'What is your {0}? It is {1}.\'.format(q, a)) 

... 

What is your name? It is lancelot. 

What is your quest? It is the holy grail. 

What is your favorite color? It is blue.

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

>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)): 

... print(i) 

... 

9 

7 

5 

3 

1

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\'] 

>>> for f in sorted(set(basket)): 

... 　　print(f) 

... 

apple

banana 

orange 

pear