Python學習筆記——（1）Python的數據結構

1 概述

• Python的數據結構主要分爲：列表（list）、數組（array）、元組（tuple）、集合（set）和字典（dict）
• 通常情況下這些都是基礎知識，也有一些騷操作和黑科技，比較有意思

2 列表（list）

• 一種可以容納不同數據類型元素的數組

2.1 列表的創建

a = []  # 這就創建了一個空列表

• 列表中可以包含數字、字符串等，還可以包含其他列表

2.2 列表索引

分爲正向索引和負向索引，這個經常用到，所以重視

b[0]
b[1]  # 這樣是正向索引
c[-1]  # 這樣是選中c中的最後一個元素
c[-2][0]  # 這種情況一般出現在C列表中包含列表的情況，
# c[-2]代表c的倒數第二個元素，其本身是一個列表，
# c[-2][0]即代表c倒數第二個元素中的第一個元素。
# 例如：
c = [1, 12.4, "This is fantastic!", 23]
print(c[-2][0])
# 輸出“T”

• 注意這裏的字符串是一個字符數組，其也可以進行索引

2.3 列表的切片（重點）

1. a[1:5]選擇a列表中的a[1]~a[4]5個元素
2. b[:2]選擇b中前兩個元素（即b[0], b[1]）
3. b[2:]選擇b中後兩個元素（即b[-2], b[-1]）
4. c[1::2]選擇c中索引爲奇數的元素
5. c[0::2]選擇c中索引爲偶數的元素

2.3.1 注意

• 中括號中的參數，用冒號分隔。第一個參數是起始位置，最後一個參數是結束位置
• 列表切片實行“左閉右開”原則，即得到的切片包含起始元素，但是不包含結束元素
• 第4、5條中，其實是省略了中間的結束元素，增加了第二個冒號後的第三元素，這個元素的意思是步長，即每隔2個數，切一次。默認步長爲1.
• 參數中，起始如果是0可以省略；結束如果是最後，也可以省略；步長如果是1，可以省略。
• 切片後的列表和源列表是不同的列表，不會相互影響。

2.3.2 列表的複製和反轉

• 如果直接用賦值表達式進行復制，如：

>>> a = ["I", "love", "Python"]
>>> b = a
# a的引用複製給b，在內存中其實是指向了用一個對象
>>> b is a
True
>>> id(a)
46381384
>>> id(b)
46381384
------
# 參考：【Python 中的比較：is 與 ==】https://www.cnblogs.com/kiko0o0/p/8135184.html

• 可以發現b和a的內存地址是相同的，它們指向同一塊內存，因而 is 和 == 的結果都爲True。
• 這樣如果改變b中的值，a的值也會隨之改變

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• 但是如果利用切片進行復制就不會出現這種情況：

>>> b = [1,2,3,4]
>>> a = b[:]
>>> a is b
False
>>> a == b
True
>>> id(a), id(b)
(1936921175624, 1936921176648)

• 這裏注意一下，python的節省內存的方式是非常牛逼的，比如，在我創建完上面a,b兩個列表之後：

>>> a[0] is b[0]  # 值未改變的時候，元素中的內存是相同的
True
>>> a[0] = 10
>>> a[0] is b[0]  # 值改變之後，就會新建一個內存
False

---

• 言歸正傳：
• 複製：a = b[:]，其實還有一個方法：a = b.copy()
• 翻轉：a = b[::-1]

2.4 列表的元素動態添加

2.4.1 append 在末尾添加元素

>>> a
[10, 2, 3, 4]
>>> a.append(5)
>>> a
[10, 2, 3, 4, 5]

2.4.2 extend 一次性添加多個元素

>>> a,b
([10, 2, 3, 4, 5], [1, 2, 3, 4])
>>> a.extend(b)  # 將b中的元素加入到a的末尾
>>> a
[10, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4]
>>> a.append(b)  # 直接將b這個列表加入a的末尾
>>> a
[10, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, [1, 2, 3, 4]]

2.4.3 insert 插入

>>> b
[1, 2, 3, 4]
>>> b.insert(1, '1')
>>> b
[1, '1', 2, 3, 4]

2.5 列表的元素動態刪除

2.5.1 clear 清空列表

• 這個方法和a = []等價

>>> a,d
([10, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, [1, '1', 2, 3, 4]], [10, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, [1, '1', 2, 3, 4]])
>>> a.clear()
>>> d = []
>>> a,d
([], [])

2.5.2 pop 將列表的最後元素刪除，並作爲返回值返回

>>> b
[1, '1', 2, 3, 4]
>>> b.pop()
4
>>> b
[1, '1', 2, 3]

2.5.3 remove 去除某個元素（第一次出現）

>>> a = [1,2,3,2,5]
>>> a.remove(2)
>>> a
[1, 3, 2, 5]
>>> a.remove(2)
>>> a
[1, 3, 5]

2.6 列表元素的原地複製和翻轉

2.6.1 複製list.copy

• 在2.3.2小節提到過，對於列表的複製，可以直接用切片b = a[:]複製，也可以使用a.copy進行復制

>>> a = [1,2,3,4]
>>> b = a[:]
>>> c = a.copy()
>>> b,c
([1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4])

2.6.2 原地翻轉list.reverse

• 對於列表的翻轉，在2.3.2小節提到的使用切片d = a[::-1]進行翻轉。但是這種翻轉是不會影響到a本身的值的。
• 使用原地翻轉a.reverse可以實現對列表a本身的翻轉。

>>> a
[1, 2, 3, 4]
>>> a.reverse()
>>> a
[4, 3, 2, 1]

3 數組（array）

• 僅支持一種數據類型的數組，其效率比列表要快，如果數組中僅有數字或字符串，建議使用這種數據結構。
• array數組具有和list列表的很多相同的方法，這裏不再贅述
• 【注意】使用數組時需要先引入array庫

>>> from array import array
>>> array_a = array('i', a)
>>> array_a
array('i', [4, 3, 2, 1])
>>> import sys
>>> sys.getsizeof(a), sys.getsizeof(array_a)  # 獲取所佔內存的大小
(96, 80)

4 元組（tuple）

• 元素不可變的列表，使用()包含元素
• 但是如果元組中嵌套了列表，可以改變列表中的內容，如：

>>> c = (1,2,3,4,a)
>>> c
(1, 2, 3, 4, [4, 3, 2, 1])
>>> c[4][0] = 1
>>> c
(1, 2, 3, 4, [1, 3, 2, 1])

5 集合（set）

• 無重複元素的列表，使用{}包含元素
• 相比於列表，集合查詢元素的速度更快，更容易實現數學上對集合定義的交併補差等操作

>>> a = {'123', '456', '123'}
>>> a
{'123', '456'}

6 字典（dict）

• 擁有鍵（key）值（value）對的一種數據結構
• 在默認情況下會查找鍵而不會查找值，除非顯式調用values()方法
• 索引也是對於鍵的索引，而不是在字典中的位置。

>>> d
{1: 'a', 2: 'b', 'c': 3}
>>> 'a' in d
False
>>> 'a' in d.values()
True
>>> d[1]
'a'
>>> d['c']
3

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