Python内建数据结构详解：列表、元组、字典、序列与集合

一、列表（List）

列表（list）是一种用于存储有序项目序列的数据结构。在定义时，列表中的各项需以逗号分隔，并用一对中括号 [] 将所有元素包裹起来，以此标识其为列表类型。以下示例展示了列表的一些基础操作方法：

# 定义一个 list 对象 class_list：
class_list = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
# 获得一个 class_list 的长度
print 'class have', len(class_list), 'students'
# 访问class_list中的对象
print 'The 3rd student in class is', class_list[2]
# 往 class_list 中插入对象
class_list.append('Paul')
# 从 class_list 中删除一个项目
del class_list[0]
# 对 class_list 进行排序
class_list.sort()
# 遍历整个class_list中的项目
print 'These students are :',
for student in class_list:
  print student,

代码执行后的输出结果如下：

class have 3 students The 3rd student in class is Tracy These students are : Bob Paul Tracy

针对上述代码，有几点关键注意事项需要说明：

列表具有高度的灵活性，可以向 class_list 中添加任意类型的对象，无需强制要求列表内所有元素类型一致。此外，列表中甚至可以嵌套另一个列表。需要区分的是，列表的排序方法（如 sort）是直接修改原对象，而非返回副本；这与字符串类型不同，因为字符串是不可变对象。在打印输出时，print 函数的 end 关键字参数用于指定输出结束后的字符，默认值为换行符。示例代码中通过设置 end=' ' 将换行符替换为空格，从而实现了同行输出。

二、元组(Tuple)

元组（tuple）在概念和用法上与列表非常相似，可以将其视为列表的“只读”版本。一旦元组被定义，其内容便不可更改——既不能添加新元素，也不能删除现有元素，更无法修改元组中已有的对象。

元组内的元素同样以逗号分隔，并使用圆括号 () 包裹以表明其为元组类型。值得注意的是，定义元组时的圆括号是可选的。因此，以下两种写法均能正确定义一个元组：

t = 'Adam', 'Lisa', 'Bart' t = ('Adam', 'Lisa', 'Bart') 尽管省略圆括号在语法上可行，但这并非良好的编程习惯。另外，当定义仅包含单个元素的元组时，必须在元素后添加逗号。例如，应定义为 t = ('Adam',)。这一看似奇怪的约束旨在消除歧义：若省略逗号且无括号，t = 'Adam' 将被解释为字符串赋值，而非单元素元组。

三、字典(Dictionary)

字典（dictionary）本质上是键-值（key-value）对的集合。字典中的键必须是唯一的，且每个键都对应一个特定的值。键对象必须是不可变的（例如元组、数值或字符串）。此外，字典内部的键值对并不保持任何特定的排序顺序。

字典的定义遵循特定格式：d={key1 : value1, key2 : value2, key3 : value3}。键与值之间使用冒号 : 分隔，不同的键值对之间使用逗号 , 分隔，最后用大括号 {} 将所有内容包裹。以下是字典的一些基本操作示例：

# 字典的定义
d = {
  'Adam': 95,
  'Lisa': 85,
  'Bart': 59
}
# 通过键来获取值
print "Adam's score is", d['Adam']
# 删除一个键值对
del d['Bart']
# 遍历字典
for name, score in d.items():
  print '{0} is {1}'.format(name, score)
# 往字典中增加一个键值对
d['Paul'] = 72
# 判断字典中是否存在某键,也可以用 if ab.has_key('Lisa')
if 'Lisa' in d:
  print "Lisa's address is", d['Lisa']

上述代码的输出结果为：

Adam's score is 95
Lisa is 85
Adam is 95
Lisa's address is 85

四、序列(Sequences)

前文介绍的列表、元组和字典均属于序列范畴，而索引操作是序列的一项基本功能。通过下标索引，可以直接访问序列中的特定对象。前文已演示了索引操作：列表和元组使用数字下标，而字典使用关键字下标。

序列的下标索引从 0 开始。前文示例仅展示了正数下标的情况，实际上下标还可以为负数，如 -1、-2、-3 等。负数下标表示从序列末尾反向计数的位置，例如 class_list[-1] 返回的是 class_list 中的最后一个元素。

序列不仅支持负数下标，还支持双下标切片操作。双下标表示一个区间，例如 class_list[0:3] 返回的是从下标 0 到下标 3 之前（即不包含下标 3）的子序列副本。需注意，该区间为半开半闭区间 [start, end)。若切片操作的结束下标超出序列范围，切片操作会自动在序列末尾终止。切片操作中的两个下标均有默认值：起始下标默认为 0，结束下标默认为序列的长度。

切片操作还可以接受第三个参数，用于指定步长，默认值为 1。步长决定了选取元素之间的间隔。例如，name[0:10:3] 返回的是 name 中下标为 0、3、6、9 的元素组成的子序列。

五、集合(Set)

集合（set）是无序简单对象的聚集。当用户仅关注对象是否存在于集合中，而不关心其顺序或出现次数时，使用集合最为适宜。集合的基本功能包括：判断对象是否为集合成员、检查一个集合是否为另一个集合的子集，以及获取两个集合的交集等。以下是集合操作的实例：

s = set(['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul'])
# 判断对象是否在集合中
if 'Bart' in s:
  print "Bart is in ?", 'Bart' in s
# 使用copy函数来拷贝一个set
sc = s.copy()
# 往集合中添加对象
sc.add('Bill')
# 从集合中删除对象
sc.remove('Adam')
# 求两个集合的交集，也可以使用 s.intersection(sc)
print s & sc

代码执行后的输出结果如下：

Bart is in ? True
set(['Lisa', 'Paul', 'Bart'])