5：Python詳解數據結構

Python中常見的數據結構有主要的三類容器。

• 序列（如列表、元組、字符串）
• 映射（如字典）
• 集合（set）

一丶序列

在Python中，把大量數據按次序排列而形成的集合體稱爲序列。Python中的字符串、列表和元組數據類型都是序列。在Python中，所有序列類型都可以進行某些特定的操作。這些操作包括：

• 索引（indexing）、分片（slicing）、加（adding）、乘（multiplying）以及檢查某個元素是否屬於序列的成員。
• 除此之外，Python還有計算序列長度、找出最大元素和最小元素的內建函數。

每種元素的增刪改查其實都差不多 ，這裏只介紹了共有與特點

1. 訪問

索引值是從0開始，第二個則是 1，以此類推，從左向右逐漸變大；列表也可以從後往前，索引值從-1開始，從右向左逐漸變小。該訪問方式適用於所有序列類型的對象：列表、元組、字符串。

2. 切片

切片操作都是獲取索引值位於[start, end)區間內的連續位置上的元素，當步長爲1時，step參數可以省略。該切片方式適用於所有序列類型的對象：列表、元組、字符串。‘

下面以list爲例

>>> n=list(range(10))
>>> n
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> n[0:10:2]		#步長爲2，索引值從0開始，每次增長2，但索引值必須小於10。
[0, 2, 4, 6, 8]
>>> n[::3]		
[0, 3, 6, 9]
>>> n[7:2:-1]	#步長爲負數時，start不能小於end值。
[7, 6, 5, 4, 3]
>>> n[11::-2]  	#11超過範圍，實際索引從最後一個元素開始。
[9, 7, 5, 3, 1]
>>> n[::-2]	#這裏步長爲負數，表示在整個列表內，從後往前取值。
[9, 7, 5, 3, 1]
>>> n[::-1]
[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]
>>> n[2:4]=[10,11]		#分別更改索引號爲2和3的位置上元素值。
>>> n
[0, 1, 10, 11, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> n[-5::2]=[-1,-2,-3]	#分別更改索引號爲-5、-3、-1三個位置上的元素值。
>>> n
[0, 1, 10, 11, 4, -1, 6, -2, 8, -3]

3. 加

序列相加生成新序列
以list爲例

>>> vehicle1 = ['train', 'bus', 'car', 'ship']
>>> vehicle2 = ['subway', 'bicycle']
>>> vehicle1 + vehicle2
['train', 'bus', 'car', 'ship', 'subway', 'bicycle']
>>> vehicle1          # vehicle1沒有改變
['train', 'bus', 'car', 'ship']
>>> vehicle2
['subway', 'bicycle']
>>> vehicle=vehicle1 + vehicle2 	# 生成新列表賦值給變量vehicle
>>> vehicle
['train', 'bus', 'car', 'ship', 'subway', 'bicycle']
>>> vehicle+=['bike'] #複合賦值語句
>>> vehicle
['train', 'bus', 'car', 'ship', 'subway', 'bicycle', 'bike']

4. 乘

原來序列重複n次
以list爲例

>>> vehicle1 = ['train', 'bus']
>>> vehicle1*2
['train', 'bus', 'train', 'bus']
>>> vehicle1		#原列表保持不變
['train', 'bus']
>>> vehicle=vehicle1*2         #賦值語句
>>> vehicle
['train', 'bus', 'train', 'bus']
>>> vehicle*=2                       #複合賦值語句
>>> vehicle
['train', 'bus', 'train', 'bus', 'train', 'bus', 'train', 'bus']

5. 檢查

使用in運算符測試某個元素是否在序列中，避免用index()查找索引位置時由於找不到指定元素而導致的錯誤。

以list爲例

>>> vehicle = ['train', 'bus', 'car', 'subway', 'ship', 'bicycle', 'car']
>>> 'car' in vehicle
True
>>> 'plane' in vehicle
False
>>> vehicle = ['train', 'bus', 'car', 'subway', 'ship', 'bicycle', 'car']
>>> if 'car' in vehicle[3:6]:
		print('[3, 6)範圍內car位置索引爲：',vehicle.index('car',3,6))
    else:
		print('在[3, 6)範圍內沒有car')
>>>'在[3, 6)範圍內沒有car'

二丶字典

字典可通過數據key查找關聯數據value。Python中字典的元素沒有特殊的順序，因此不能像序列那樣通過位置索引來查找成員數據。但是每一個值都有一個對應的鍵。字典的用法是通過鍵key來訪問相應的值value，字典的鍵是不重複的。

初始化

d={}
d=dict()
dict(1='one',2='two')

keys=[1,2,3]
vals=[4,5,6]
d=zip(keys,vals)

formkeys([1,2,3])
val全爲none

key可以是不可地修改類型的數據（數值，字符串，元組），列表不行，因爲列表是可變的
value 可以對應任何類型

字典是無序的，顯示次序由字典內部的存儲結構決定

字典操作

len(a)：返回鍵值對的數量
a[key]:鍵爲key的value

a[2]=‘Two’ ：存在就修改爲Two，沒有就添加這樣的鍵值對

del(a[2]) ：刪除鍵爲2
del a：刪除字典
2 in a ：查找是否key2是否在字典 a中

字典方法

• a.keys()：將字典a中的鍵以可迭代的dict_keys對象返回

• a.values()：將字典a中的值以可迭代的dict_values對象返回

• a.items()：所有的鍵和值以dict_items對象返回，每個鍵值對組成一個元組，

• a.setdefault(2)：存在2返回key2的value，沒有就插入key：2，value：None

• a.update(b)：將b中的字典放入a，如果存在就更新，不存在就添加

• a.clear()：變成空字典

• a.pop(6)：刪除key 6 ，pop至少一個參數

• a.popitem()：刪除最後一個鍵值對

• a.get(6)：返回key 6的1 value，不存在返回none，注：a.get(6,‘my’) 沒有找到就返回my

遍歷字典

for i in a:  // for i in a.keys() 一樣的效果
	print(i,a[i])
for i in a.values():  // for i in a.keys() 一樣的效果
	print(i,a[i])
	

轉換

list(a) ：將字典a的鍵變爲list
list(a.keys()) ：將字典a的鍵變爲list
list(a.values()) ：將字典a的值變爲list
list(a.items()) ：將字典a的鍵值對變爲list

tuple(a) ：將字典a的鍵變爲tuple
tuple(a.keys()) ：將字典a的鍵變爲tuple
tuple(a.values()) ：將字典a的值變爲tuple
tuple(a.items()) ：將字典a的鍵值對變爲tuple

三丶集合

集合是一組用“{”和“}”括起來的無序不重複元素，元素之間用逗號分隔。元素可以是各種類型的不可變對象。Python提供了集合類型set，用於表示大量無序元素的集合。

1. 初始化

a=set()
a={}  這個是字典

2. 集合運算

並交

並集：創建一個新的集合，該集合包含兩個集合中的所有元素。
交集：創建一個新的集合，該集合爲兩個集合中的公共部分。

>>> vehicle1={'train','bus','car','ship'}
>>> vehicle2={'subway','bicycle','bus'}
>>> vehicle1|vehicle2   #並集
{'car', 'ship', 'bicycle', 'train', 'bus', 'subway'}
>>> vehicle1&vehicle2   #交集
{'bus'}

差

差集：A-B表示集合A與B的差集，返回由出現在集合A中但不出現在集合B中的元素所構成的集合。

>>> vehicle1={'train','bus','car','ship'}
>>> vehicle2={'subway','bicycle','bus'}
>>> vehicle1-vehicle2
{'car', 'ship', 'train'}
>>> vehicle2-vehicle1
{'bicycle', 'subway'}

對稱差

對稱差：返回由兩個集合中那些不重疊的元素所構成的集合。

>>> vehicle1={'train','bus','car','ship'}
>>> vehicle2={'subway','bicycle','bus'}
>>> vehicle1^vehicle2
{'ship', 'car', 'bicycle', 'train', 'subway'}

子集和超集

如果集合A的每個元素都是集合B中的元素，則集合A是集合B的子集。超集是僅當集合A是集合B的一個子集，集合B纔是集合A的一個超集。

• A<=B，檢測A是否是B的子集；
• A<B，檢測A是否是B的真子集；
• A>=B，檢測A是否是B的超集；
• A>B，檢測A是否是B的真超集；
• A |= B將B的元素併入A中。

>>> vehicle1={'train','bus','car','ship'}
>>> vehicle2={'car','ship','bike'}
>>> vehicle2<vehicle1
False
>>> vehicle2>vehicle1
False
>>> vehicle1|=vehicle2
>>> vehicle1
{'car', 'ship', 'train', 'bus', 'bike'}

Python中同樣以面向對象方式實現集合類型的運算。

• union()方法相當於並集運算。intersection()方法相當於交集運算。update()方法相當於集合元素合併運算，注意與union()方法的區別。
• difference()方法相當於差集運算。
• symmetric_difference方法相當於對稱差運算。
• issubset()方法用於判斷是否子集。issuperset()方法用於判斷是否超集。