Python3 數據結構
本章節我們主要結合前面所學的知識點來介紹Python數據結構。
列表
Python中列表是可變的,這是它區別於字符串和元組的最重要的特點,一句話概括即:列表可以修改,而字符串和元組不能。
以下是Python 中列表的方法:
方法 | 描述 |
---|---|
list.append(x) | 把一個元素添加到列表的結尾,相當於a[len(a):] = [x]。 |
list.extend(L) | 通過添加指定列表的所有元素來擴充列表,相當於a[len(a):] = L。 |
list.insert(i, x) | 在指定位置插入一個元素。 第一個參數是準備插入到其前面的那個元素的索引,例如a.insert(0, x) 會插入到整個列表之前,而a.insert(len(a), x) 相當於a.append( x) 。 |
list.remove(x) | 刪除列表中值為x 的第一個元素。 如果沒有這樣的元素,就會返回一個錯誤。 |
list.pop([i]) | 從列表的指定位置刪除元素,並將其返回。 如果沒有指定索引,a.pop()返回最後一個元素。 元素隨即從列表中被刪除。 (方法中i 兩邊的方括號表示這個參數是可選的,而不是要求你輸入一對方括號,你會經常在Python 庫參考手冊中遇到這樣的標記。) |
list.clear() | 移除列表中的所有項,等於del a[:]。 |
list.index(x) | 返回列表中第一個值為x 的元素的索引。 如果沒有匹配的元素就會返回一個錯誤。 |
list.count(x) | 返回x 在列表中出現的次數。 |
list.sort() | 對列表中的元素進行排序。 |
list.reverse() | 倒排列表中的元素。 |
list.copy() | 返回列表的淺複製,等於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:類似insert, remove 或sort 等修改列表的方法沒有返回值。
將列表當做堆棧使用
列表方法使得列表可以很方便的作為一個堆棧來使用,堆棧作為特定的數據結構,最先進入的元素最後一個被釋放(後進先出)。 用append() 方法可以把一個元素添加到堆棧頂。 用不指定索引的pop() 方法可以把一個元素從堆棧頂釋放出來。 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]
將列表當作隊列使用
也可以把列表當做隊列用,只是在隊列裡第一加入的元素,第一個取出來;但是拿列表用作這樣的目的效率不高。 在列表的最後添加或者彈出元素速度快,然而在列表裡插入或者從頭部彈出速度卻不快(因為所有其他的元素都得一個一個地移動)。
>>> 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'])
列表推導式
列表推導式提供了從序列創建列表的簡單途徑。 通常應用程序將一些操作應用於某個序列的每個元素,用其獲得的結果作為生成新列表的元素,或者根據確定的判定條件創建子序列。
每個列表推導式都在for 之後跟一個表達式,然後有零到多個for 或if 子句。 返回結果是一個根據表達從其後的for 和if 上下文環境中生成出來的列表。 如果希望表達式推導出一個元組,就必須使用括號。
這裡我們將列表中每個數值乘三,獲得一個新的列表:
>>> vec = [2, 4, 6] >>> [3*x for x in vec] [6, 12, 18]
現在我們玩一點小花樣:
>>> [[x, x**2] for x in vec] [[2, 4], [4, 16], [6, 36]]
這裡我們對序列裡每一個元素逐個調用某方法:
>>> freshfruit = [' banana', ' loganberry ', 'passion fruit '] >>> [weapon.strip() for weapon in freshfruit] ['banana', 'loganberry', 'passion fruit']
我們可以用if 子句作為過濾器:
>>> [3*x for x in vec if x > 3] [12, 18] >>> [3*x for x in vec if x < 2] []
以下是一些關於循環和其它技巧的演示:
>>> 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]
列表推導式可以使用複雜表達式或嵌套函數:
>>> [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的列表還可以嵌套。
以下實例展示了3X4的矩陣列表:
>>> matrix = [ ... [1, 2, 3, 4], ... [5, 6, 7, 8], ... [9, 10, 11, 12], ... ]
以下實例將3X4的矩陣列表轉換為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]]
以下實例也可以使用以下方法來實現:
>>> 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]]
另外一種實現方法:
>>> 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 語句
使用del 語句可以從一個列表中依索引而不是值來刪除一個元素。 這與使用pop() 返回一個值不同。 可以用del 語句從列表中刪除一個切割,或清空整個列表(我們以前介紹的方法是給該切割賦一個空列表)。 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 刪除實體變量:
>>> del a
元組和序列
元組由若干逗號分隔的值組成,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))
如你所見,元組在輸出時總是有括號的,以便於正確表達嵌套結構。 在輸入時可能有或沒有括號, 不過括號通常是必須的(如果元組是更大的表達式的一部分)。
集合
集合是一個無序不重複元素的集。 基本功能包括關係測試和消除重複元素。
可以用大括號({})創建集合。 注意:如果要創建一個空集合,你必須用set() 而不是{} ;後者創建一個空的字典,下一節我們會介紹這個數據結構。
以下是一個簡單的演示:
>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'} >>> print(basket) # 删除重复的 {'orange', 'banana', 'pear', 'apple'} >>> 'orange' in basket # 检测成员 True >>> 'crabgrass' in basket False >>> # 以下演示了两个集合的操作 ... >>> a = set('abracadabra') >>> b = set('alacazam') >>> a # a 中唯一的字母 {'a', 'r', 'b', 'c', 'd'} >>> a - b # 在 a 中的字母,但不在 b 中 {'r', 'd', 'b'} >>> a | b # 在 a 或 b 中的字母 {'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'} >>> a & b # 在 a 和 b 中都有的字母 {'a', 'c'} >>> a ^ b # 在 a 或 b 中的字母,但不同时在 a 和 b 中 {'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
集合也支持推導式:
>>> a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'} >>> a {'r', 'd'}
字典
另一個非常有用的Python 內建數據類型是字典。
序列是以連續的整數為索引,與此不同的是,字典以關鍵字為索引,關鍵字可以是任意不可變類型,通常用字符串或數值。
理解字典的最佳方式是把它看做無序的鍵=>值對集合。 在同一個字典之內,關鍵字必須是互不相同。
一對大括號創建一個空的字典:{}。
這是一個字典運用的簡單例子:
>>> 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
構造函數dict() 直接從鍵值對元組列表中構建字典。 如果有固定的模式,列表推導式指定特定的鍵值對:
>>> dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)]) {'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}
此外,字典推導可以用來創建任意鍵和值的表達式詞典:
>>> {x: x**2 for x in (2, 4, 6)} {2: 4, 4: 16, 6: 36}
如果關鍵字只是簡單的字符串,使用關鍵字參數指定鍵值對有時候更方便:
>>> dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098) {'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}
遍歷技巧
在字典中遍歷時,關鍵字和對應的值可以使用items() 方法同時解讀出來:
>>> knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'} >>> for k, v in knights.items(): ... print(k, v) ... gallahad the pure robin the brave
在序列中遍歷時,索引位置和對應值可以使用enumerate() 函數同時得到:
>>> for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']): ... print(i, v) ... 0 tic 1 tac 2 toe
同時遍歷兩個或更多的序列,可以使用zip() 組合:
>>> 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.
要反向遍歷一個序列,首先指定這個序列,然後調用reversesd() 函數:
>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)): ... print(i) ... 9 7 5 3 1
要按順序遍歷一個序列,使用sorted() 函數返回一個已排序的序列,並不修改原值:
>>> basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'] >>> for f in sorted(set(basket)): ... print(f) ... apple banana orange pear