Python3 数据结构

Python 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')) 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,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'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'
  } 

集合也支持推导式:


>>>a ={x for x in 'abracadabra'if x not in '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 
>>>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 

其他参阅文档(Python2.x)

  • Python 列表
  • Python 元组
  • Python 字典