Python數據結構

時間 2019-12-11

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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色，一句話歸納即：列表能夠修改，而字符串和元組不能。如下是 Python 中列表的方法：

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：相似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法沒有返回值。

將列表當作堆棧使用

列表方法使得列表能夠很方便的做爲一個堆棧來使用，堆棧做爲特定的數據結構，最早進入的元素最後一個被釋放（後進先出）。用 append() 方法能夠把一個元素添加到堆棧頂。用不指定索引的 pop() 方法能夠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()

>>> stack [3, 4, 5, 6]

>>> stack.pop()

>>> stack

[3, 4]

將列表看成隊列使用

也能夠把列表當作隊列用，只是在隊列裏第一加入的元素，第一個取出來；可是拿列表用做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，然而在列表裏插入或者從頭部彈出速度卻不快（由於全部其餘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建立列表的簡單途徑。一般應用程序將一些操做應用於某個序列的每一個元素，用其得到的結果做爲生成新列表的元素，或者根據肯定的斷定條件建立子序列。

每一個列表推導式都在 for 以後跟一個表達式，而後有零到多個 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。若是但願表達式推導出一個元組，就必須使用括號。

這裏咱們將列表中每一個數值乘三，得到一個新的列表：

>>> vec = [2, 4, 6]

>>> [3*x for x in vec]

[6, 12, 18]

如今咱們玩一點小花樣：
>>> [[x, x**2] for x in vec]

[[2, 4], [4, 16], [6, 36]]

這裏咱們對序列裏每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']

咱們能夠用 if 子句做爲過濾器：
>>> [3*x for x in vec if x > 3]

[12, 18]

>>> [3*x for x in vec if x < 2]

[]

如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的列表還能夠嵌套。如下實例展現了3X4的矩陣列表：

>>> matrix = [

... [1, 2, 3, 4],

... [5, 6, 7, 8],

... [9, 10, 11, 12],

... ]

如下實例將3X4的矩陣列表轉換爲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]]

如下實例也可使用如下方法來實現：
>>> 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 語句能夠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() 返回一個值不一樣。能夠用 del 語句從列表中刪除一個切割，或清空整個列表（咱們之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

[]

也能夠用 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，元組在輸出時老是有括號的，以便於正確表達嵌套結構。在輸入時可能有或沒有括號，不過括號一般是必須的（若是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。

能夠用大括號({})建立集合。注意：若是要建立一個空集合，你必須用 set() 而不是 {} ；後者建立一個空的字典。

如下是一個簡單的演示：
>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}

>>> print(basket) # show that duplicates have been removed

{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}

>>> 'orange' in basket # fast membership testing

True

>>> 'crabgrass' in basket

False

>>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words

...

>>> a = set('abracadabra')

>>> b = set('alacazam')

>>> a # unique letters in a

{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}

>>> a - b # letters in a but not in b

{'r', 'd', 'b'}

>>> a | b # letters in either a or b

{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

>>> a & b # letters in both a and b

{'a', 'c'}

>>> a ^ b # letters in a or b but not both

{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}

>>> print(basket) # show that duplicates have been removed

{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}

>>> 'orange' in basket # fast membership testing

True

>>> 'crabgrass' in basket

False

>>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words

...

>>> a = set('abracadabra')

>>> b = set('alacazam')

>>> a # unique letters in a

{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}

>>> a - b # letters in a but not in b

{'r', 'd', 'b'}

>>> a | b # letters in either a or b

{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

>>> a & b # letters in both a and b

{'a', 'c'}

>>> a ^ b # letters in a or b but not both

{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

字典

另外一個很是有用的 Python 內建數據類型是字典。

序列是以連續的整數爲索引，與此不一樣的是，字典以關鍵字爲索引，關鍵字能夠是任意不可變類型，一般用字符串或數值。

理解字典的最佳方式是把它看作無序的鍵=>值對集合。在同一個字典以內，關鍵字必須是互不相同。

一對大括號建立一個空的字典：{}。

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。若是有固定的模式，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，字典推導能夠用來建立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}

若是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使用 enumerate() 函數同時獲得：

>>> 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，可使用 zip() 組合：
>>> questions = ['name', 'quest', 'favorite color']

>>> answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']