Python 進階之路 (七) 隱藏的神奇寶藏：探祕Collections

神奇的collections

你們好，今天想和你們分享一個Python裏面很是棒的模快：Collections

該模塊實現了專門的容器數據類型，爲Python的通用內置容器提供了替代方案，若是對源碼感興趣的朋友們能夠在 Lib/collections/__init__.py 路徑下找到

基於我目前的學習經驗，如下幾種類型用的不少：

• defaultdict (dict子類調用工廠函數來提供缺失值)
• counter (用於計算可哈希對象的dict子類)
• deque (相似於列表的容器，能夠從兩端操做)
• namedtuple (用於建立具備命名字段的tuple子類的工廠函數)
• OrderedDict (記錄輸入順序的dict)

好啦，看到什麼工廠函數，可哈希對象，容器這些詞彙不要慌，我第一次看是懵逼併直接跳過的，然然後來發現根本不須要理解，若是你們感興趣能夠本身去查詢，這裏仍是老樣子，經過大量實例來一個個講解！

defaultdict

基礎概念

「defaultdict」是在名爲「collections」的模塊中定義的容器。它須要一個函數（默認工廠）做爲其參數。默認狀況下設置爲「int」，即0.若是鍵不存在則爲defaultdict，並返回並顯示默認值。

我用人話解釋一下: 其實就是一個查不到key值時不會報錯的dict

應用實例

首先咱們來看一個用正常dict的例子，若是咱們建立了一個叫person的字典，裏面存儲的key值爲name，age，若是這時候嘗試調用person['city']，會拋出KeyError錯誤，由於沒有city這個鍵值：

person = {'name':'xiaobai','age':18}
print ("The value of key  'name' is : ",person['name'])
print ("The value of key  'city' is : ",person['city'])

Out: The value of key  'name' is :  xiaobai
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\E560\Desktop\test.py", line 17, in <module>
    print ("The value of key  'city' is : ",person['city'])
KeyError: 'city'

如今若是咱們用defaultdict再試試呢？

from collections import defaultdict
person = defaultdict(lambda : 'Key Not found') # 初始默認全部key對應的value均爲‘Key Not Found’

person['name'] = 'xiaobai'
person['age'] = 18

print ("The value of key  'name' is : ",person['name'])
print ("The value of key  'adress' is : ",person['city'])

Out：The value of key  'name' is :  xiaobai
     The value of key  'adress' is :  Key Not found

你們能夠發現，此次沒有問題了，其實最根本的緣由在於當咱們建立defaultdict時，首先傳遞的參數是全部key的默認value值，以後咱們添加name，age進去的時候纔會有所改變，當咱們最終查詢時，若是key存在，那就輸出對應的value值，若是不存在，就會輸出咱們事先規定好的值‘Key Not Found’

除此以外外，咱們還能夠利用defaultdict建立時，傳遞參數爲全部key默認value值這一特性，實現一些其餘的功能,好比：

from collections import defaultdict
d = defaultdict(list)
d['person'].append("xiaobai")
d['city'].append("paris")
d['person'].append("student")

for i in d.items():
    print(i)

Out: ('person', ['xiaobai', 'student'])
     ('city', ['paris'])

一個道理，咱們默認全部key對應的是一個list，天然就能夠在賦值時使用list的append方法了。再好比下面這個例子：

from collections import defaultdict
food = (
    ('jack', 'milk'),
    ('Ann', 'fruits'),
    ('Arham', 'ham'),
    ('Ann', 'soda'),
    ('jack', 'dumplings'),
    ('Ahmed', 'fried chicken'),
)

favourite_food = defaultdict(list)

for n, f in food:
    favourite_food[n].append(f)

print(favourite_food)

Out：defaultdict(<class 'list'>, {'jack': ['milk', 'dumplings'], 'Ann': ['fruits', 'soda'], 'Arham': ['ham'], 'Ahmed': ['fried chicken']})

道理和上面差很少，這裏你們能夠本身拓展，展開想象，相信可能在某個時刻能夠用的上defaultdict這個容器

counter

基礎概念

Counter是dict的子類。所以，它是一個無序集合，其中元素及其各自的計數存儲爲字典。這至關於其餘語言的bag或multiset。

個人理解就是一個計數器，返回一個字典，key就是出現的元素，value就是該元素出現的次數

應用實例

計數器沒啥可說的，還能幹啥，計數唄！

from collections import Counter

count_list = Counter(['B','B','A','B','C','A','B','B','A','C'])  #計數list
print (count_list)


count_tuple = Counter((2,2,2,3,1,3,1,1,1))  #計數tuple
print(count_tuple)

Out：Counter({'B': 5, 'A': 3, 'C': 2})
     Counter({1: 4, 2: 3, 3: 2})

Counter通常不會用於dict和set的計數，由於dict的key是惟一的，而set自己就不能有重複元素

如今咱們也能夠直接把在defaultdict例子中用過food元組拿來計數：

from collections import Counter
food = (
    ('jack', 'milk'),
    ('Ann', 'fruits'),
    ('Arham', 'ham'),
    ('Ann', 'soda'),
    ('jack', 'dumplings'),
    ('Ahmed', 'fried chicken'),
)

favourite_food_count = Counter(n for n,f in food)  #統計name出現的次數
print(favourite_food_count)

Out: Counter({'jack': 2, 'Ann': 2, 'Arham': 1, 'Ahmed': 1})

deque

基礎概念

在咱們須要在容器兩端的更快的添加和移除元素的狀況下，可使用deque.
個人我的理解是deque就是一個能夠兩頭操做的容器，相似list但比列表速度更快

應用實例

deque的方法有不少，不少操做和list相似，也支持切片

from collections import deque
d = deque()
d.append(1)
d.append(2)
d.append(3)

print(len(d))
print(d[0])
print(d[-1])

Out: 3
     1
     3

deque最大的特色在於咱們能夠從兩端操做：

d = deque([i for i in range(5)])
print(len(d))
# Output: 5

d.popleft()   # 刪除並返回最左端的元素
# Output: 0

d.pop()       # 刪除並返回最右端的元素
# Output: 4

print(d)
# Output: deque([1, 2, 3])

d.append(100)  # 從最右端添加元素

d.appendleft(-100) # 從最左端添加元素

print(d)
# Output: deque([-100, 1, 2, 3, 100])

除了這些deque的方法實在太多了，好比我再舉幾個經常使用的例子，首先咱們定義一個deque時能夠規定它的最大長度，deque和list同樣也支持extend方法，方便列表拼接，可是deque提供雙向操做：

from collections import deque
d = deque([1,2,3,4,5], maxlen=9)  #設置總長度不變
d.extendleft([0])  # 從左端添加一個list
d.extend([6,7,8])   # 從右端拓展一個list
print(d)

Out：deque([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8], maxlen=9)

如今d已經有9個元素了，而咱們規定的maxlen=9，這個時候若是咱們從左邊添加元素，會自動移除最右邊的元素，反之也是同樣：

d.append(100)
print(d)
d.appendleft(-100)
print(d)

Out: deque([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 100], maxlen=9)
     deque([-100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8], maxlen=9)

deque還有不少其餘的用法，你們根據各自的須要去本身尋寶吧！

namedtuple

基礎概念

名稱元組。你們一看名字就會感受和tuple元組有關，沒錯，我認爲它是元組的強化版
namedtuple能夠將元組轉換爲方便的容器。使用namedtuple，咱們沒必要使用整數索引來訪問元組的成員。

我以爲能夠把namedtuple 視爲 不可變的 字典

應用 實例

首先，讓咱們先回顧一下普通元組是如何訪問成員的：

person = ('xiaobai', 18)
print(person[0])

out：xiaobai

如今咱們看看namedtuple（名稱元組）的強大之處：

from collections import namedtuple

Person = namedtuple('Person', 'name age city')        # 相似於定義class
xiaobai = Person(name="xiaobai", age=18, city="paris") # 相似於新建對象
print(xiaobai)

Out：Person(name='xiaobai', age=18, city='paris')

咱們建立namedtuple時很是像定義一個class，這裏Person比如是類名，第二個參數就是namedtuple的值的名字了，我感受很像class裏的屬性，不過這裏不用加逗號分離，下面讓咱們看看如何訪問namedtuple的成員：

print(xiaobai.name)
print(xiaobai.age)
print(xiaobai.city)

out：xiaobai
     18
     paris

"爽啊，爽死了"，郭德綱看到這裏不由讚歎

這種無限接近class調用屬性的方式仍是很是不錯的，在一些實際場景頗有用。
最後還有一點千萬不要忘了，咱們不能修改namedtuple裏的值：

xiaobai.name = 'laobai'
Out：Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\E560\Desktop\test.py", line 5, in <module>
    xiaobai.name = 'laobai'
AttributeError: can't set attribute

OrderedDict

基礎概念

「OrderedDict」 自己就是一個dict，可是它的特別之處在於會記錄插入dict的key和value的順序

應用實例

from collections import OrderedDict
d = {}
d['a'] = 1
d['b'] = 2
d['c'] = 3
d['d'] = 4
print(d)

Out:{'a': 1, 'c': 3, 'b': 2, 'd': 4}

你們能夠看到，這是一個普通的dict，由於無序，即便咱們依次添加了a,b,c,d 四個鍵並賦予value，可是輸出的順序並不可控。OrderedDict的出現就是爲了解決這個問題：

from collections import OrderedDict
d = OrderedDict()
d['a'] = 1
d['b'] = 2
d['c'] = 3
d['d'] = 4
print(d)

Out：OrderedDict([('a', 1), ('b', 2), ('c', 3), ('d', 4)])

這回輸出時好多了，由於會自動記錄插入的順序，同理，若是咱們刪除一個key, OrderedDict的順序不會發生變化：

from collections import OrderedDict

print("Before deleting:\n")
od = OrderedDict()
od['a'] = 1
od['b'] = 2
od['c'] = 3
od['d'] = 4

for key, value in od.items():
    print(key, value)

print("\nAfter deleting:\n")
od.pop('c')
for key, value in od.items():
    print(key, value)

print("\nAfter re-inserting:\n")
od['c'] = 3
for key, value in od.items():
    print(key, value) 
    

Out：Before deleting:

    ('a', 1)
    ('b', 2)
    ('c', 3)
    ('d', 4)
    
    After deleting:
    
    ('a', 1)
    ('b', 2)
    ('d', 4)
    
    After re-inserting:
    
    ('a', 1)
    ('b', 2)
    ('d', 4)
    ('c', 3)

總結

今天爲你們簡單介紹了collections的一些基礎容器類型，包括：

• defaultdict 不會報錯的dict
• counter 計數器
• deque 雙向操做list
• namedtuple 名稱元組

我以爲把它們叫作寶藏感受仍是不過度的，由於這些容器在真實使用場景中很是有用，並且我發現不少教程不會提到，所以衷心但願能夠幫到你們，若是我哪裏介紹有錯誤或者遺漏，但願你們留言指出，讓咱們一塊兒進步！