作者：韩信子 @ShowMeAI
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Python3 数据结构

Python 中有大量的数据结构与容器供编程应用，在本节内容中咱们汇总后面所学的知识点，并拓展一些新常识，来介绍 Python 数据结构。

1.Python 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：列表能够批改，而字符串和元组不能。

对于 Python 列表的具体内容请参考前序内容 Python 列表及利用

以下是 Python 中列表的办法：

上面示例演示了列表的大部分办法（在线 python3 环境）：

a = [2, 123, 123, 1, 1234.5]
print('''a.count(123), a.count(1), a.count('x')''')
print(a.count(123), a.count(1), a.count('x'), "\n")

a.insert(2, -1)
print('''a.insert(2, -1)''')
print(a, "\n")

a.append(456)
print('''a.append(456)''')
print(a, "\n")

a.index(456)
print('''a.index(456)''')
print(a.index(456), "\n")

a.remove(456)
print('''a.remove(456)''')
print(a, "\n")


a.reverse()
print('''a.reverse()''')
print(a, "\n")

a.sort()
print('''a.sort()''')
print(a, "\n")

运行后果

a.count(123), a.count(1), a.count('x')
2 1 0 

a.insert(2, -1)
[2, 123, -1, 123, 1, 1234.5] 

a.append(456)
[2, 123, -1, 123, 1, 1234.5, 456] 

a.index(456)
6 

a.remove(456)
[2, 123, -1, 123, 1, 1234.5] 

a.reverse()
[1234.5, 1, 123, -1, 123, 2] 

a.sort()
[-1, 1, 2, 123, 123, 1234.5] 

留神：相似 insert, remove 或 sort 等批改列表的办法没有返回值。

2. 将列表当做堆栈应用

列表办法使得列表能够很不便的作为一个堆栈来应用，堆栈作为特定的数据结构，最先进入的元素最初一个被开释（后进先出）。用 append() 办法能够把一个元素增加到堆栈顶。用不指定索引的 pop() 办法能够把一个元素从堆栈顶释放出来。

参考如下代码（在线 python3 环境）：

stack = ['Baidu', 'ShowMeAI', 'google']
stack.append('ByteDance')
stack.append('Tencent')
print(stack)

stack.pop()
print('''stack.pop()''')
print(stack, "\n")

stack.pop()
print('''stack.pop()''')
print(stack, "\n")

stack.pop()
print('''stack.pop()''')
print(stack, "\n")

运行后果为

['Baidu', 'ShowMeAI', 'google', 'ByteDance', 'Tencent']
stack.pop()
['Baidu', 'ShowMeAI', 'google', 'ByteDance'] 

stack.pop()
['Baidu', 'ShowMeAI', 'google'] 

stack.pop()
['Baidu', 'ShowMeAI'] 

3. 将列表当作队列应用

也能够把列表当做队列用，只是在队列里第一退出的元素，第一个取出来；然而拿列表用作这样的目标效率不高。在列表的最初增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（因为所有其余的元素都得一个一个地挪动）。

from collections import deque
queue = deque(['Baidu', 'ShowMeAI', 'google'])
queue.append('ByteDance')       
queue.append('Tencent')
print(deque)

print('''queue.popleft()''')
print(queue.popleft(), "\n")
print('''queue.popleft()''')
print(queue.popleft(), "\n")
print(deque)

运行后果为

<class 'collections.deque'>
queue.popleft()
Baidu 

queue.popleft()
ShowMeAI 

<class 'collections.deque'>

4. 列表推导式

列表推导式提供了从序列创立列表的简略路径。通常应用程序将一些操作利用于某个序列的每个元素，用其取得的后果作为生成新列表的元素，或者依据确定的断定条件创立子序列。

每个列表推导式都在 for 之后跟一个表达式，而后有零到多个 for 或 if 子句。返回后果是一个依据表白从其后的 for 和 if 上下文环境中生成进去的列表。如果心愿表达式推导出一个元组，就必须应用括号。

vec = [1, 2, 3]
# 将列表中每个数值乘三，取得一个新的列表：three_times_vec = [3*x for x in vec]
print(three_times_vec)

# 将列表中每个数值平方，并和原始值组成列表后再组成新的列表：cmp_x_square = [[x, x**2] for x in vec]
print(cmp_x_square)

运行后果

[3, 6, 9]
[[1, 1], [2, 4], [3, 9]]

列表推导式还能够用来对序列里每一个元素都调用某函数办法：

fruits = ['banana', 'loganberry', 'apple']
print([fruit.upper() for fruit in fruits])
# 输入['BANANA', 'LOGANBERRY', 'APPLE']

在列表推导式中能够用 if 子句构建过滤器对生成后果过滤：

[3*x for x in vec if x > 2]
# 后果[9]
[3*x for x in vec if x < 3]
# 后果[3, 6]

还能够组合两个列表去应用列表推导式构建更简单的后果

vec1 = [1, 2, 3]
vec2 = [4, 5, 6]
[x*y for x in vec1 for y in vec2] #两两相乘失去新列表
# 后果[4, 5, 6, 8, 10, 12, 12, 15, 18]

[x+y for x in vec1 for y in vec2] #两两相加失去新列表
# 后果[5, 6, 7, 6, 7, 8, 7, 8, 9]

[vec1[i]*vec2[i] for i in range(len(vec1))] #对应地位相乘失去新列表
# 后果[4, 10, 18]

5. 嵌套列表解析

Python 的列表还能够嵌套。

以下代码展现了 3X4 的矩阵列表（在线 python3 环境）：

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

# 将 3X4 的矩阵列表转换为 4X3 列表：trans = [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]
print(trans)

# 等价于下列做法，然而下面的形式更简洁
transposed = []
for i in range(4):
   transposed_row = []
   for row in matrix:
      transposed_row.append(row[i])
   transposed.append(transposed_row)
print(transposed)

6.del 语句

应用 del 语句能够从一个列表中依索引而不是值来删除一个元素。这与应用 pop() 返回一个值不同。能够用 del 语句从列表中删除一个切割，或清空整个列表（咱们以前介绍的办法是给该切割赋一个空列表）。例如：

a = [1, 2, 3, 456, 789, 1234.5]
del a[0] #[2, 3, 456, 789, 1234.5]
del a[2:4] #[2, 3, 1234.5]
del a[:]

也能够用 del 删除实体变量：

del a

7. 元组

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!')
u = t, (1, 2, 3, 4, 5)
u # ((12345, 54321, 'hello!'), (1, 2, 3, 4, 5))

元组在输入时总是有括号的，以便于正确表白嵌套构造。在输出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）。

8. 汇合

汇合是一个无序不反复元素的集。基本功能包含关系测试和打消反复元素。

能够用大括号 ({}) 创立汇合。留神：如果要创立一个空集合，你必须用 set() 而不是 {}；后者创立一个空的字典，下一节咱们会介绍这个数据结构。

以下是一个简略的代码示例（在线 python3 环境）：

basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
print(basket)                      # 删除反复的
# 后果{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}

'orange' in basket                 # 检测成员
# 后果 True

'crabgrass' in basket
# 后果 False

# 以下演示了两个汇合的操作
a = set('abracadabra')
b = set('alacazam')

a                                  # a 中惟一的字母
# 后果{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}

a - b                              # 在 a 中的字母，但不在 b 中
# 后果{'r', 'd', 'b'}

a | b                              # 在 a 或 b 中的字母
# 后果{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

a & b                              # 在 a 和 b 中都有的字母
# 后果{'a', 'c'}

a ^ b                              # 在 a 或 b 中的字母，但不同时在 a 和 b 中
# 后果{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

9. 字典

另一个十分有用的 Python 内建数据类型是字典。

序列是以间断的整数为索引，与此不同的是，字典以关键字为索引，关键字能够是任意不可变类型，通常用字符串或数值。

了解字典的最佳形式是把它看做无序的键 => 值对汇合。在同一个字典之内，关键字必须是互不雷同。

一对大括号创立一个空的字典：{}。

company = {'ShowMeAI': 1234, 'Baidu': 5678}
company['guido'] = 4127

company
# 后果{'Baidu': 5678, 'guido': 4127, 'ShowMeAI': 1234}

company['ShowMeAI']
# 后果 1234

del company['Baidu']
company['irv'] = 4127
company
# 后果{'guido': 4127, 'irv': 4127, 'ShowMeAI': 1234}

list(company.keys())
# 后果['irv', 'guido', 'ShowMeAI']

sorted(company.keys())
# 后果['guido', 'irv', 'ShowMeAI']

'guido' in company
# 后果 True

'ShowMeAI' not in company
# 后果 False

构造函数 dict() 间接从键值对元组列表中构建字典。此外，字典推导能够用来创立任意键和值的表达式词典：

dict([('ShowMeAI', 1234), ('Baidu', 5678)])
# 后果{'ShowMeAI': 1234, 'Baidu': 5678}

{x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
# 后果{2: 4, 4: 16, 6: 36}

如果关键字只是简略的字符串，应用关键字参数指定键值对有时候更不便：

dict(ShowMeAI=1234, Baidu=5678)
# 后果{'ShowMeAI': 1234, 'Baidu': 5678}

10. 遍历技巧

在字典中遍历时，关键字和对应的值能够应用 items() 办法同时解读进去：

knights = {'ShowMeAI': 1234, 'Baidu': 5678}
for k, v in knights.items():
   print(k, v)

在序列中遍历时，索引地位和对应值能够应用 enumerate() 函数同时失去：

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，能够应用 zip() 组合：

questions = ['name', 'age', 'color']
answers = ['ShowMeAI', '30', 'blue']
for q, a in zip(questions, answers):
   print('What is the {0}?  It is {1}.'.format(q, a))
# What is the name?  It is ShowMeAI.
# What is the quest?  It is 30.
# What is the color?  It is blue.

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

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

# 9
# 7
# 5
# 3
# 1

要按程序遍历一个序列，应用 sorted() 函数返回一个已排序的序列，并不批改原值：

basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana']
for f in sorted(set(basket)):
   print(f)

# apple
# banana
# orange
# pear

材料与代码下载

本教程系列的代码能够在 ShowMeAI 对应的 github 中下载，可本地 python 环境运行，能迷信上网的宝宝也能够间接借助 google colab 一键运行与交互操作学习哦！

本教程系列波及的 Python 速查表能够在以下地址下载获取：

• Python 速查表

拓展参考资料

• Python 教程—Python3 文档
• Python 教程 - 廖雪峰的官方网站

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