Python四种内置数据结构详解：列表、字典、集合与元组

Python内置数据结构概述

各类编程语言通常都提供特定的容器类型来存储数据，例如Java中的集合与数组。Python同样具备此类结构，用于高效管理数据。

Python内置了四种主要的容器类型来存储数据，它们作为语言核心部分，无需额外导入即可直接使用。

列表（List）：动态数组与操作

一、列表（List）

列表是一种与Java和C语言中数组相似的数据结构，用于保存一系列有序且相似的元素。不同之处在于，列表中的元素可以是不同的数据类型，且列表长度可变。

列表支持动态增删元素，这一点类似于Java中的StringBuilder对象。值得注意的是，列表复制时不能直接使用赋值语句，否则两个变量将指向同一内存地址，导致修改一个变量时另一个也随之改变。正确的复制方式应使用copy()方法。

存储结构的基本功能包括增加、删除和查看元素：

1. 列表元素的增加

1. append()方法将指定元素直接添加到列表末尾，同时增加列表长度。
2. extend()方法将另一个列表的所有元素追加到当前列表末尾，从而合并两个列表。
3. insert()方法将元素插入到指定索引位置。需注意，该方法不能用于在列表末尾插入元素（应使用append）。

2. 列表元素的删除

1. remove()方法删除列表中第一个匹配指定值的元素。若列表中不存在该值，解释器将报错。
2. pop()方法删除指定索引位置的元素并返回该元素。若未提供参数，默认删除并返回最后一个元素。若指定索引不存在，解释器同样会报错。

以下通过简单示例说明上述方法的使用：

#在 Don't panic变为 on tap
phrase="Don't panic"

plist=list(phrase) #将phrase表示的字符串转化为列表


print(phrase)    #将该字符串输出
print(plist)    #结果为['D', 'o', 'n', "'", 't', ' ', 'p', 'a', 'n', 'i', 'c']

plist.remove("'")  #将‘在列表中删除

for i in range(3):
  plist.pop()   #将列表末尾的3个字符给删除，'n','i','c'

plist.pop(0)    #将plist中索引对应的对象删除，也就是D

#此时list中的值为['o', 'n', 't', ' ', 'p', 'a']

plist.extend([plist.pop(5),plist.pop(4)]) #将p和a的位置交换

plist.insert(2,plist.pop(3)) #将空格插入到对应索引为2的对象前

phrase =''.join(plist) #将列表转化为字符串

print(phrase)

3. 列表元素的查看

列表的查看功能与数组类似，支持下标访问，但功能更为丰富。

1. a. 使用中括号加下标可访问任意元素，下标从0开始。与数组不同，列表支持负数下标，表示从右向左计数，正数表示从左向右。
2. b. 列表支持切片操作，用于获取某一段元素。语法为list[开始位置：结束位置：步长]，所有参数均可省略，至少保留一个元素即可。例如：
3. list[::2]表示从索引0开始，到列表末尾结束，步长为2。

以下代码展示切片用法：

#在 Don't panic变为 on tap
phrase="Don't panic"

plist=list(phrase)
new_phase=''.join(plist[1:3])#在列表中截取on
print(new_phase)
new_phase=new_phase+''.join([plist[5],plist[4],plist[7],plist[6]])


#切片的实例，以及负数

plist[-1] # c

temp =plist[5:1:-1] #[' ', 't', "'", 'n']当步长为负数时其结果时从右到左遍历
temp2=plist[::2]#['D', 'n', 't', 'p', 'n', 'c'],从头遍历到尾步长为2

对于存储相似对象，列表是理想选择。但对于具有复杂结构的数据，列表难以有效存储数据间的结构关系。

因此，对于结构化数据，通常采用字典进行存储。

字典（Dict）：键值对映射

二、字典（Dict）

字典用于保存键值对集合，每个唯一键对应一个值。字典常被称为关联数组。熟悉Java的读者会发现，字典类似于Java中的Map（原文误写为set，此处按Python实际特性描述为键值对映射）。Python字典无序，不保留插入顺序，但基于高度优化的哈希算法，仍能快速访问与键相关的值。

1. 字典的定义

其结构为{键1:值1, 键2:值2}，开始和结束使用大括号，键值间用冒号分隔，不同键值对间用逗号分隔。值可以是列表或另一个字典。

2. 字典的增加

字典是动态集合，可在键不存在时插入新键值对。但直接引用未初始化的键会引发KeyError。例如，在商店场景中，若不确定苹果是否存在，不能直接引用苹果的值。添加时需先检查。Python提供了setdefault()方法，可直接调用以简化这一过程。

以下代码展示字典添加操作：

#字典的添加键值对
fruit={}
#当直接使用不存在的键值对时

fruit['apple']+=1 #没有对该键初始化而直接使用会出现keyError

#当不使用setdefault方法时动态的增加键值对
if 'apple' not in fruit:
  fruit['apple']=0 #初始化键值
fruit['apple']+=1 #增加苹果的量
print(fruit['apple'])

#使用setdefault时，其实就是设置一个默认值，确保使用时这个使用的键存在即可

fruit.setdefault('apple',0)#当键存在时这个语句没有任何作用，相当于上面选择的分装
fruit['apple']+=1
print(fruit['apple'])

3. 字典的遍历

对于集合，通常使用循环遍历所有元素。但仅用循环处理字典时，解释器默认只处理键，值仍需通过键查找。Python提供了items()方法，允许在循环中直接访问字典的键和值。

以下代码说明字典遍历：

fruit={'apple':10,'pears':5,'bananas':20,'orange':4}
#直接使用for循环遍历
for i in fruit:
  print("种类",i,"数量",fruit[i])
#使用items方法遍历
for i,v in fruit.items():
  print("种类",i,"数量",v)

4. 字典元素的删除

Python字典删除有三种方法：clear()删除所有元素；pop()根据参数删除指定键的键值对；popitem()随机删除并返回一个键值对。对于结构化数据，字典能保存结构并保证记录不重复。但对于不希望重复的非结构化数据，字典和列表均不适用，此时应考虑使用集合。

集合（Set）：无序唯一元素

三、集合（Set）

1. 集合的定义

{元素1, 元素2, 元素3...}与字典类似，使用大括号定义，但无冒号分隔。另一种定义方法是向set()函数传递任意序列（如字符串set('fsdaf')）。

2. 集合的运算

Python集合同数学集合一样，支持交、并、差运算。并集使用union()方法，返回两个集合的所有元素；差集使用difference()方法，返回仅存在于调用集合中的元素；交集使用intersection()方法，返回两个集合共有的元素。

以下代码实现上述集合运算：

#集合的运算
temp={'a','e','i','o','u'}
temp2=set("fda");

#交运算
result=temp.intersection(temp2)#{'a'}

#并运算
result=temp.union(temp2)#{'a', 'o', 'f', 'd', 'u', 'e', 'i'}

#差运算
result=temp.difference(temp2)#{'o', 'e', 'u', 'i'}

变量值可重新赋予，而常量不可。Python中同样存在一种不可变结构，称为元组。

元组（Tuple）：不可变序列

四、元组（Tuple）

1. 元组的定义

元组与列表密切相关，列表使用中括号定义，元组则使用小括号定义(元素1, 元素2, 元素3...)。需注意，单个对象定义时不能仅写(对象)，而应写(对象,)，否则不是元组。

最后说明四种内置结构为空时的表示方法：1. 空列表[]；2. 空字典{}；3. 空集合set()；4. 空元组()。

以上介绍了Python四种内置数据结构的详细用法，希望有所帮助。如有任何疑问，欢迎留言，小编会及时回复。感谢大家对本站的支持！