python 线性数据结构

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1 线性数据结构

本章要介绍的线性构造：list、tuple、string、bytes、bytearray。

• 线性表：是一种形象的数学概念，是一组元素的序列的形象，由有穷个元素组成(0 个或任意个)。

  线性表又可分为 程序表和链接表。

• 程序表：一组元素在内存中有序的存储。列表 list 就是典型的程序表。
• 链接表：一组元素在内存中扩散存储链接起来，彼此晓得连贯的是谁。

对于这两种表，数组中的元素进行查找、减少、删除、批改，看看有什么影响：

• 查找元素

  对于程序表，是有序的在内存中存储数据，可疾速通过索引编号获取元素，效率高。。

  对于链接表是扩散存储的，只能通过一个个去迭代获取元素，效率差。

• 减少元素

  对于程序表，如果是在开端减少元素，对于整个数据表来说没什么影响，然而在结尾或是两头插入元素，前面的所有元素都要从新排序，影响很大(想想数百万或更大数据量)。

  对于链接表，不论在哪里退出元素，不会影响其余元素，影响小。

• 删除元素
  对于程序表，删除元素和减少元素有着一样的问题。
  对于链接表，不论在哪里删除元素，不会影响其余元素，影响小。
• 批改元素
  对于程序表，可疾速通过索引获取元素而后进行批改，效率高。

  对于链接表，只能通过迭代获取元素而后进行批改，效率低。

总结：程序表对于查找与批改效率最高，减少和删除效率低。链接表则相同。

2. 内建罕用的数据类型

2.1 数值型

• int 整数类型

  阐明：整数包含负整数、0、正整数（… -2,-1,0,1,2, …）。

  x1 = 1
  x2 = 0
  x3 = -1
  print(type(x1), x1)
  print(type(x2), x2)
  print(type(x3), x3)
  
  # 输入后果如下：<class 'int'> 1
  <class 'int'> 0
  <class 'int'> -1

  int()办法：能够将数字或字符串转为整数，缺省 base=10, 示意 10 进制，无参数传入则返回 0。

  x1 = int()
  x2 = int('1')
  x3 = int('0b10',base=2)  #base=2，表二进制，与传入参数类型统一。x4 = int(3.14)
  print(type(x1), x1)
  print(type(x2), x2)
  print(type(x3), x3)
  print(type(x4), x4)
  
  # 输入后果如下：<class 'int'> 0
  <class 'int'> 1
  <class 'int'> 2
  <class 'int'> 3

• float 浮点类型
  阐明：由整数和小数局部组成，传入的参数能够为int、str、bytes、bytearray。

  x1 = float(1)
  x2 = float('2')
  x3 = float(b'3')
  print(type(x1), x1)
  print(type(x2), x2)
  print(type(x3), x3)
  
  # 输入后果如下：<class 'float'> 1.0
  <class 'float'> 2.0
  <class 'float'> 3.0

• complex (复数类型)

  阐明：由实数和虚数局部组成，都是浮点数。

  传入参数能够为int、str，如果传入两参，后面一个为实数局部，后一个参数为虚数局部。

  x1 = complex(1)
  x2 = complex(2,2)
  x3 = complex('3')
  print(type(x1), x1)
  print(type(x2), x2)
  print(type(x3), x3)
  
  # 输入后果如下：<class 'complex'> (1+0j)
  <class 'complex'> (2+2j)
  <class 'complex'> (3+0j)

• bool (布尔类型)

  阐明：为 int 的子类，返回的是 True 和 False，对应的是 1 和 0。

  x1 = bool(0)
  x2 = bool(1)
  x3 = bool()
  x4 = 2 > 1
  print(type(x1), x1)
  print(type(x2), x2)
  print(type(x3), x3)
  print(type(x4), x4)
  
  # 输入后果如下：<class 'bool'> False
  <class 'bool'> True
  <class 'bool'> False
  <class 'bool'> True

2.2 序列(sequence)

2.2.1 list 列表

阐明： 列表是由若干元素对象组成，且是 有序可变 的线性数据结构，应用中括号 [] 示意。

• 初始化

  lst = []  # 空列表形式 1
  #或者
  lst = list()  # 空列表形式 2
  print(type(lst),lst)
  
  # 输出后果如下：<class 'list'> []

• 索引

  阐明： 应用正索引 (从左至右)、负索引(从右至左) 拜访元素，工夫复杂度为O(1)，效率极高的应用形式。

  依照给定区间获取到数据，叫做切片。

  正索引：

  从左至右，从 0 开始索引，区间为[0，长度 -1]，左包右不包。

  lst = ['a','b','c','d']
  print(lst[0])  # 获取第一个元素
  print(lst[1:2])  # 获取第二个元素, 左包右不包，切片
  print(lst[2:])  # 获取第三个元素到最初一个元素，切片
  print(lst[:])  # 获取所有元素，切片
  
  # 输入后果如下：a
  ['c']
  ['c', 'd']
  ['a', 'b', 'c', 'd']

  负索引：

  从右至左，从 - 1 开始索引，区间为[- 长度，-1]

  lst = ['a','b','c','d']
  print(lst[-1])
  print(lst[-2:])
  
  # 输入后果如下：d
  ['c', 'd']

• 查问

  index()办法：L.index(value, [start, [stop]]) -> integer

  返回的是索引 id，要迭代列表，工夫复杂度为 O(n)。

  lst = ['a','b','c','d']
  print(lst.index('a',0,4))  # 获取区间 [0,4] 的元素 'a' 的索引 id
  
  # 输入后果如下：0

  备注：如果查问不到元素，则抛出ValueError。

  count() 办法：L.count(value) -> integer

  返回的是元素呈现的次数，要迭代列表，工夫复杂度为 O(n)。

  lst = ['a','b','a','b']
  print(lst.count('a'))
  
  # 输入后果如下：2

  len() 办法：返回的是列表元素的个数，工夫复杂度为 O(1)。

  lst = ['a','b','c','d']
  print(len(lst))
  
  # 输入后果如下：4

  备注：所谓的 O(n) 是指随着数据的规模越来越大，效率降落，而 O(1)则相同，不会随着数据规模大而影响效率。

• 批改

  列表是有序可变，所以可能对列表中的元素进行批改。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst[0] = 'A'
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['A', 'b', 'c', 'd']

• 减少

  append() 办法：L.append(object) -> None

  尾部追加元素，就地批改，返回 None。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.append('e')
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c', 'd', 'e']

  insert()办法：L.insert(index, object) -> None ,

  在指定索引地位插入元素对象，返回 None。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.insert(0,'A')  # 在索引 0 地位插入 'A', 原有的元素全副往后移，减少了复杂度
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['A', 'a', 'b', 'c', 'd']

  extend()办法： L.extend(iterable) -> None

  能够减少多个元素，将可迭代对象的元素追加进去，返回 None。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.extend([1,2,3])
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c', 'd', 1, 2, 3]

  还能够将列表通过 + 和 *，拼接成新的列表。

  lst1 = ['a','b','c','d']
  lst2 = ['e','f','g']
  print(lst1 + lst2)
  print(lst1 * 2)  # 将列表外面的元素各复制 2 份
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
  ['a', 'b', 'c', 'd', 'a', 'b', 'c', 'd']

  这里还有一个特地要留神状况如下：

  lst1 = [[1]] * 3  # 后果：[[1], [1], [1]]
  print(lst1)
  lst1[0][0] = 10  # 后果：[[10], [1], [1]]，是这样嘛？？print(lst1)
  
  # 输入后果如下：[[1], [1], [1]]
  [[10], [10], [10]]  # 为什么后果会是这个？请往下看列表复制章节，找答案！

• 删除

  remove()办法：L.remove(value) -> None

  从左至右遍历查找，找到就删除该元素，返回 None，找不到则抛出ValueError。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.remove('d')
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c']  # 元素 'd' 曾经被删除

  pop() 办法：L.pop([index]) -> item

  缺省删除尾部元素，可指定索引删除元素，索引越界抛出IndexError。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.pop()
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c']

  clear() 办法：L.clear() -> None

  清空列表所有元素，慎用。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.clear()
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：[]  # 空列表了

• 反转

  reverse() 办法：L.reverse()

  将列表中的元素反转，返回 None。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.reverse()
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['d', 'c', 'b', 'a']

• 排序

  sort() 办法：L.sort(key=None, reverse=False) -> None

  对列表元素进行排序，缺省为升序，reverse=True 为降序。

  lst = ['a','b','c','d']
  lst.sort(reverse=True)
  print(lst)
  
  # 输入后果如下：['d', 'c', 'b', 'a']

• in 成员操作

  判断成员是否在列表外面，有则返回 True、无则返回 False。

  lst = ['a','b','c','d']
  print('a' in lst)
  print('e' in lst)
  
  # 输入后果如下：True
  False

• 列表复制

  阐明： 列表复制指的是列表元素的复制，可分为浅 copy 和深 copy 两种。列表元素对象如列表、元组、字典、类、实例这些归为援用类型(指向内存地址)，而数字、字符串先归为简略类型，好让大家了解。

  示例一：这是属于拷贝嘛？

  lst1 = [1,[2,3],4]
  lst2 = lst1
  print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2)  # id() 查看内存地址
  
  # 输入后果如下：1593751168840 1593751168840 True [1, [2, 3], 4]

  显然不是属于任何 copy，说白了都是指向同一个内存地址。

  示例二：浅拷贝 copy

  阐明： 浅拷贝对于 援用类型 对象是不会 copy 的，地址指向仍是一样。

  lst1 = [1,[2,3],4]
  lst2 = lst1.copy()
  print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2)
  print('=' * 30)
  lst1[1][0] = 200  # 批改列表的援用类型，所有列表都会扭转
  print(lst1, lst2)
  
  # 输入后果如下：1922175854408 1922175854344 True [1, [2, 3], 4]
  ==============================
  [1, [200, 3], 4] [1, [200, 3], 4]

  示例三：深拷贝 deepcopy

  阐明： 深拷贝对于 援用类型 对象也会 copy 成另外一份，地址指向不一样。

  import copy
  
  lst1 = [1,[2,3],4]
  lst2 = copy.deepcopy(lst1)
  print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2)
  print('=' * 30)  
  lst1[1][0] = 200  # 批改列表的援用类型，不会影响其余列表
  print(lst1, lst2)
  
  # 输入后果如下：2378580158344 2378580158280 True [1, [2, 3], 4]
  ==============================
  [1, [200, 3], 4] [1, [2, 3], 4]

2.2.2 tuple 元组

阐明： 元组是由若干元素对象组成，且是 有序不可变 的数据结构，应用小括号 () 示意。

• 初始化

  t1 = ()  # 空元素形式 1，一旦创立将不可扭转
  t2 = tuple()  # 空元素形式 2，一旦创立将不可扭转
  t3 = ('a',)  # 元组只有一个元素，肯定要加逗号 ','
  t4 = (['a','b','c'])  # 空列表形式 2 

  备注： 元组如果只有一个元素对象，肯定 要在前面加逗号, 否则变为其余数据类型。

• 索引
  同列表一样，不再过多举例。

  t = ('a','b','c','d')
  print(t[0])
  print(t[-1])
  # 输入后果如下：a
  d

• 查问

  同列表一样，不再过多举例。

  t = ('a','b','c','d')
  print(t.index('a'))
  print(t.count('a'))
  print(len(t))
  
  # 输入后果如下：0
  1
  4

• 增删改

  元组是 不可变 类型，不能增删改元素对象。

  然而要留神如下场景：

  元组中的元素对象 (内存地址) 不可变，援用类型可变。—- 这里又呈现援用类型的状况了。

  # 元组的元组不可批改(即内存地址)
  t = ([1],)
  t[0]= 100
  print(t)
  # 后果报错了
  TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
      
  ############################################
  
  # 元组外面的援用类型对象能够批改（如嵌套了列表）t = ([1],2,3)
  t[0][0] = 100  # 对元组援用类型对象的元素作批改
  print(t)
  
  # 输入后果如下：([100], 2, 3)

2.2.3 string 字符串

阐明： 字符串是由若干字符组成，且是 有序不可变 的数据结构，应用引号示意。

• 初始化
  多种花色，应用单引号、双引号、三引号等。

  name = 'tom'
  age = 18
  str1 = 'abc'  # 单引号字符串
  str2 = "abc"  # 双引号字符串
  str3 = """I'm python"""  # 三引号字符串
  str4 = r"c:\windows\note"  # r 前缀，没有本义(转义字符不失效)
  str5 = f'{name} is {age} age.'  # f 前缀，字符串格式化，v3.6 反对
  print(type(str1), str1)
  print(type(str2), str2)
  print(type(str3), str3)
  print(type(str4), str4)
  print(type(str5), str5)
  
  # 输入后果如下：<class 'str'> abc
  <class 'str'> abc
  <class 'str'> I'm python
  <class 'str'> c:\windows\note
  <class 'str'> tom is 18 age.

• 索引

  同列表一样，不再过多举例。

  str = "abcdefg"
  print(str[0])
  print(str[-1])
  
  # 输入后果如下：a
  g

• 连贯

  通过加号 + 将多个字符串连接起来，返回一个新的字符串。

  str1 = "abcd"
  str2 = "efg"
  print(str1 + str2)
  
  # 输入后果如下：abcdefg

  join() 办法：S.join(iterable) -> str

  s 示意分隔符字符串，iterable 为可迭代对象 字符串，后果返回字符串。

  str = "abcdefg"
  print('->'.join(str))
  
  # 输入后果如下：a->b->c->d->e->f->g

• 字符查找

  find() 办法：S.find(sub[, start[, end]]) -> int

  从左至右查找子串 sub，也可指定区间，找到返回正索引，找不到则返回 -1。

  str = "abcdefg"
  print(str.find('a',0,7))
  print(str.find('A'))
  
  # 输入后果如下：0
  -1

  rfind() 办法：S.rfind(sub[, start[, end]]) -> int

  从右至左查找子串 sub，也可指定区间，找到返回正索引，找不到则返回 -1。

  str = "abcdefg"
  print(str.rfind('a'))
  print(str.rfind('A'))
  
  # 输入后果如下：0
  -1

  还有 index() 和find() 相似，不过找不到会抛异样，不倡议应用。

  像s.count() 还能够统计字符呈现的次数。

  像len(s) 还能够统计字符串的长度。

• 宰割

  split() 办法：S.split(sep=None, maxsplit=-1) -> list of strings

  sep 示意分隔符，缺省为空白字符串，maxsplit=- 1 示意遍历整个字符串，最初返回列表。

  str = "a,b,c,d,e,f,g"
  print(str.split(sep=','))
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']

  rsplit() 办法与下面不同就是，从右至左遍历。

  splitlines() 办法： S.splitlines([keepends]) -> list of strings

  按行来切割字符串，keepends 示意是否保留行分隔符，最初返回列表。

  str = "a\nb\nc\r\nd"
  print(str.splitlines())
  print(str.splitlines(keepends=True))
  
  # 输入后果如下：['a', 'b', 'c', 'd']
  ['a\n', 'b\n', 'c\r\n', 'd']

  partition() 办法：S.partition(sep) -> (head, sep, tail)

  从左至右查问分隔符，遇到就宰割成头、分隔符、尾的三元组，返回的是一个元组 tuple。

  str = "a*b*c*d"
  print(str.partition('*'))
  # 输入后果如下：('a', '*', 'b*c*d')

  rpartition() 办法：S.rpartition(sep) -> (head, sep, tail)

  与上办法不同，就是从右至左，不过这个比拟罕用，能够获取后缀局部信息。

  str1 = "http://www.python.org:8843"
  str2 = str1.rpartition(':')
  port = str2[-1]
  print(port)

• 替换

  replace() 办法：S.replace(old, new[, count]) -> str

  遍历整个字符串，找到全副替换，count 示意替换次数，缺省替换全副，最初返回一个 新的字符串。

  str = "www.python.org"
  print(str.replace('w','m'))  # 返回的是一个新的字符串
  print(str)  # 字符串不可变，放弃原样
  
  # 输入后果如下：mmm.python.org
  www.python.org

• 移除

  strip() 办法：S.strip([chars]) -> str

  在字符串两端移除指定的 字符集 chars , 缺省移除空白字符。

  str = "* www.python.org  *"
  print(str.strip("*"))  # 去掉字符串首尾带有星号 '*' 和 空白 ' '
  
  # 输入后果如下：www.python.org

  还有lstrip() 和 rstrip 别离是移除字符串右边和左边字符集。

• 首尾判断

  startswith() 办法：S.startswith(prefix[, start[, end]]) -> bool

  缺省判断字符串结尾是否有指定的字符 prefix, 也可指定区间。

  str = "www.python.org"
  print(str.startswith('www',0,14))
  print(str.startswith('p',0,14))
  # 输入后果如下：True
  False

  endswith() 办法：S.endswith(suffix[, start[, end]]) -> bool

  缺省判断字符串结尾是否有指定的字符 suffix, 也可指定区间。

  str = "www.python.org"
  print(str.startswith('www',0,14))
  print(str.startswith('p',0,14))
  # 输入后果如下：True
  False

  str = "www.python.org"
  print(str.endswith('g',11,14))
  # 输入后果如下：True

• 格式化

  c 格调格式化：

  格局字符串：应用 %s(对应值为字符串)，%d(对应值为数字)等等，还能够在两头插入修饰符 %03d。

  被格局的值：只能是一个对象，能够是元组或是字典。

  name = "Tom"
  age = 18
  print("%s is %d age." % (name,age))
  # 输入后果如下：Tom is 18 age.

  format 格式化：

  格局字符串：应用花括号{}, 花括号外面能够应用修饰符。

  被格局的值：args 为可变地位参数，*kwargs 为可变关键字参数。

  # 地位传参
  print("IP={} PORT={}".format('8.8.8.8',53))  # 地位传参
  print("{Server}: IP={1} PORT={0}".format(53, '8.8.8.8', Server='DNS Server'))  # 地位和关键字传参传参
  
  # 输入后果如下：IP=8.8.8.8 PORT=53
  DNS Server: IP=8.8.8.8 PORT=53

  # 浮点数
  print("{}".format(0.123456789))
  print("{:f}".format(0.123456789))    #  小数点默认为 6 位
  print("{:.2f}".format(0.123456789))  # 取小数点后两位
  print("{:15}".format(0.123456789))   # 宽度为 15，右对齐
  
  # 输入后果如下：0.123456789
  0.123457     # 为什么是这个值？大于 5 要进位
  0.12
      0.123456789  # 右边有 4 个空格

• 其余罕用函数

  str = "DianDiJiShu"
  print(str.upper())  # 字母全副转化为大写
  print(str.lower())  # 字母全副转化为小写
  
  # 输入后果如下：DIANDIJISHU
  diandijishu

2.2.4 bytes 字节

bytes 和 bytearray从 python3 引入的两种数据类型。

在计算机的世界里，机器是以 0 和 1 组成的，也叫二进制(字节) 来通信的，这套编码咱们叫做 ASCII 编码。

所以机器通信的语言就叫做机器语言。然而咱们人类想要跟机器通信，那么须要怎么做呢？

• 把人类的语言编码成机器可能辨认的语言，通常叫做编码（字符串转换为 ASCII 码）。
• 把机器的语言解码成人类可能辨认的语言，通常叫做解码（ASCII 码转换为字符串）。

至今古代编码的发展史过程大略是这样的：ASCII(1 字节) -> unicode(2~4 字节) -> utf-8(1~6 字节)，utf8 是多字节编码，个别应用 1~3 字节，非凡应用 4 字节(个别中文应用 3 字节)，向下兼容 ASCII 编码。

中国也有属于本人的编码：gbk

ASCII 码表罕用的必须牢记(整顿局部)：

具体 ASCII 码下载链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/1fWVl57Kqmv-tkjrDKwPvSw 提取码：tuyz

所以，机器上的进制就是字节，1 字节等于 8 位，例如：十进制 2，用 2 进制和 16 进制示意：

# 二进制
0000 0010  # 一个字节 bytes

# 16 进制，机器根本都是显示 16 进制
0x2

bytes 是不可变类型

bytes()     # 空 bytes，一旦创立不可扭转
bytes(int)  # 指定字节的大小，用 0 填充
bytes(iterable_of_ints)  # [0.255]整数的可迭代对象
bytes(string, encoding[, errors])  # 等价于 string.encoding(), 字符串编码成字节
bytes(bytes_or_buffer)  # 复制一份新的字节对象

• 初始化

  b1 = bytes()
  b2 = bytes(range(97,100))
  b3 = bytes(b2)
  b4 = bytes('123',encoding='utf-8')
  b5 = b'ABC'
  b6 = b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'.decode('utf-8')
  print(b1, b2, b3, b4, b5, b6, sep='\n')
  
  # 输入后果如下：b''b'abc'b'abc'b'123'b'ABC'
  你好

2.2.5 bytearray 字节数组

bytearray 是可变数组，能够进行增删改操作，相似列表。

bytearray()  # 空 bytearray, 可扭转
bytearray(iterable_of_ints)  # [0.255]整数的可迭代对象
bytearray(string, encoding[, errors])  # 等价于 string.encoding(), 字符串编码成字节
bytearray(bytes_or_buffer)   # 复制一份新的字节数组对象
bytearray(int)  # 指定字节的大小，用 0 填充

• 增删改

  # 初始化
  b = bytearray()
  print(b)
  # 输入后果如下：bytearray(b'')
  #--------------------------
  # 减少元素对象
  b.append(97)
  print(b)
  b.extend([98,99])
  print(b)
  # 输入后果如下：bytearray(b'a')
  bytearray(b'abc')
  #--------------------------
  # 插入元素对象
  b.insert(0,65)
  print(b)
  # 输入后果如下：bytearray(b'Aabc')
  #--------------------------
  # 删除元素对象
  b.pop()
  print(b)
  # 输入后果如下：bytearray(b'Aab')

明天就到这了，下一回合咱再接着唠嗑 set (汇合) 和 dict (字典)，敬请急躁期待。

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