Python 课程2-資料結構
在现代编程中,数据结构是处理和管理数据的基础,无论是进行数据分析、开发软件应用还是处理复杂的数据运算,掌握有效的数据结构可以极大提高效率和解决问题的能力。Python 作为一门高级且灵活的语言,内置了多种强大的数据结构,使程序设计变得更加简单且具有扩展性。列表(List)元组(Tuple)字典(Dictionary)和集合(Set)。每一种数据结构都有其特定的用途和操作方式,学会如何选择和使用这些
前言
在现代编程中,数据结构是处理和管理数据的基础,无论是进行数据分析、开发软件应用还是处理复杂的数据运算,掌握有效的数据结构可以极大提高效率和解决问题的能力。Python 作为一门高级且灵活的语言,内置了多种强大的数据结构,使程序设计变得更加简单且具有扩展性。
在本教程中,我们将深入探讨 Python 中的四大常见数据结构:列表(List)、元组(Tuple)、字典(Dictionary) 和 集合(Set)。每一种数据结构都有其特定的用途和操作方式,学会如何选择和使用这些数据结构,将使你能更加高效和清晰地处理数据。
本文的目标是提供详细且易于理解的教程,适合初学者学习,也适合有一定经验的开发者加深对数据结构的理解。我们将从基本的概念开始,逐步介绍每种数据结构的创建、操作和应用实例,帮助你全面掌握这些核心工具。
希望通过这篇教程,你不仅能理解 Python 数据结构的概念,还能学会灵活运用它们来处理实际问题,并进一步提升你的编程技能。
目录
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列表(List)
- 创建列表
- 列表操作(增、删、改、查)
- 列表切片
- 列表推导式
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元组(Tuple)
- 创建与使用元组
- 元组与列表的区别
-
字典(Dictionary)
- 创建字典
- 字典操作(增、删、查、改)
- 遍历字典
-
集合(Set)
- 创建集合
- 集合操作(交集、并集、差集)
1. 列表(List)
创建列表
Python 中的 列表(List) 是一种可变的、能够容纳多种数据类型的有序集合。列表使用方括号 []
表示,元素之间用逗号分隔。
# 创建一个空列表
empty_list = []
# 创建一个包含多个元素的列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
# 列表可以包含不同的数据类型
mixed_list = [1, "Python", True, 3.14]
列表操作(增、删、改、查)
- 增:使用
append()
方法在列表末尾添加元素,或使用insert()
方法在指定位置插入元素。# 在列表末尾添加元素 fruits.append("葡萄") print(fruits) # ['苹果', '香蕉', '橙子', '葡萄'] # 在指定位置插入元素 fruits.insert(1, "菠萝") print(fruits) # ['苹果', '菠萝', '香蕉', '橙子', '葡萄']
- 删:使用
remove()
方法删除特定元素,或使用pop()
方法根据索引删除元素。del
关键字也可以直接删除指定索引的元素。# 移除指定元素 fruits.remove("香蕉") print(fruits) # ['苹果', '菠萝', '橙子', '葡萄'] # 移除指定位置的元素 fruits.pop(2) print(fruits) # ['苹果', '菠萝', '葡萄'] # 使用 del 删除 del fruits[1] print(fruits) # ['苹果', '葡萄']
- 改:可以直接通过索引修改列表中的元素。
fruits[1] = "芒果" print(fruits) # ['苹果', '芒果']
- 查:可以使用索引获取列表中的元素,或使用
index()
方法查找元素的位置。
# 获取第一个元素
print(fruits[0]) # '苹果'
# 查找元素的索引位置
print(fruits.index("芒果")) # 1
列表切片
Python 支持对列表进行切片操作,通过 start:stop:step
的形式提取部分列表元素。
numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
# 获取索引 2 到 5 之间的元素
print(numbers[2:6]) # [2, 3, 4, 5]
# 每隔一个元素提取
print(numbers[::2]) # [0, 2, 4, 6, 8]
# 反转列表
print(numbers[::-1]) # [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]
列表推导式
列表推导式是一种简洁的语法,可以基于现有列表创建新的列表,并且支持条件筛选。
# 基于范围创建一个列表
squares = [x ** 2 for x in range(10)]
print(squares) # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
# 只保留偶数平方
even_squares = [x ** 2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(even_squares) # [0, 4, 16, 36, 64]
2. 元组(Tuple)
创建与使用元组
元组(Tuple) 是一种不可变的有序集合,使用小括号 ()
表示。与列表类似,但一旦创建后,元组中的元素不能被修改。
# 创建一个空元组
empty_tuple = ()
# 创建一个包含元素的元组
colors = ("红色", "蓝色", "绿色")
# 单个元素的元组要加上逗号
single_element_tuple = (42,)
元组中的元素可以通过索引来访问,和列表一样。
# 访问元组中的元素
print(colors[0]) # '红色'
元组与列表的区别
-
可变性:
- 列表是可变的,允许增、删、改操作。
- 元组是不可变的,创建后无法修改。
-
性能:
- 元组比列表在某些操作上更快,因为它们是不可变的,系统不需要处理潜在的改变。
-
用例:
- 列表常用于需要频繁修改的数据。
- 元组常用于保证数据不被修改的情况,如函数的返回值、固定的数据组合。
3. 字典(Dictionary)
创建字典
字典(Dictionary) 是一种无序的键值对集合,每个键(key)与一个值(value)关联。字典使用大括号 {}
表示,键和值之间使用冒号 :
分隔。
# 创建一个空字典
empty_dict = {}
# 创建一个包含元素的字典
student = {"姓名": "张三", "年龄": 20, "性别": "男"}
字典操作(增、删、查、改)
- 增:通过给键赋值来添加新元素。
student["学号"] = "S12345" print(student) # {'姓名': '张三', '年龄': 20, '性别': '男', '学号': 'S12345'}
- 删:使用
del
或pop()
方法删除指定键值对。# 使用 del 删除键 del student["性别"] print(student) # {'姓名': '张三', '年龄': 20, '学号': 'S12345'} # 使用 pop 删除键并返回其值 age = student.pop("年龄") print(age) # 20
- 查:通过键访问对应的值,或者使用
get()
方法查找值。print(student["姓名"]) # '张三' # 使用 get 查找键,避免键不存在时报错 print(student.get("性别", "未知")) # '未知'
- 改:直接通过键来修改值。
student["姓名"] = "李四" print(student) # {'姓名': '李四', '学号': 'S12345'}
遍历字典
字典可以使用 items()
方法遍历所有键值对,也可以使用 keys()
或 values()
方法分别遍历键或值。
# 遍历键值对
for key, value in student.items():
print(f"{key}: {value}")
# 遍历键
for key in student.keys():
print(key)
# 遍历值
for value in student.values():
print(value)
4. 集合(Set)
创建集合
集合(Set) 是一种无序、无重复元素的集合,使用大括号 {}
表示。
# 创建一个空集合
empty_set = set()
# 创建一个包含元素的集合
fruits_set = {"苹果", "香蕉", "橙子", "苹果"}
print(fruits_set) # {'橙子', '香蕉', '苹果'},自动去重
集合操作(交集、并集、差集)
集合提供了多种运算操作,包括交集、并集、差集等。
- 交集:
&
或intersection()
返回两个集合的交集(共同元素)。set1 = {1, 2, 3} set2 = {2, 3, 4} print(set1 & set2) # {2, 3}
- 并集:
|
或union()
返回两个集合的并集(所有元素)。print(set1 | set2) # {1, 2, 3, 4}
- 差集:
-
或difference()
返回只存在于一个集合中的元素。print(set1 - set2) # {1}
5.结论
通过本教程,读者可以深入了解 Python 中的四大核心数据结构——列表、元组、字典和集合。这些数据结构提供了灵活的数据存储和处理方式,无论是增删改查还是进行复杂的集合运算,Python 都能轻松应对。掌握这些数据结构,将大大提高你在处理数据时的效率与灵活性。通过多加练习与应用,这些概念将成为你日常开发中的强大工具。
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