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程序 = 算法 + 数据结构。

—— Nicklaus Wirth

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在这里插入图片描述

从这句话程序 = 算法 + 数据结构 可以看出数据结构对于编程的重要性。数据结构就是数据的组织/存储方式。

从本节开始我们将介绍Python 中的数据结构：

  • 列表 list
  • 元组 tuple
  • 字典 dict
  • 集合 set

这些数据结构在Python3.x 中都是一个类class：

>>> list
<class 'list'>
>>> tuple
<class 'tuple'>
>>> dict
<class 'dict'>
>>> set
<class 'set'>

提示：

这几个类名list，tuple，dict，set 并不是Python 中的保留字，

你可以使用它们作为变量名，但一般并不建议这样做。

可使用keyword 模块来查看Python 中的保留字。

Python 中数据结构非常易用，且语法简单。我们将介绍这些数据结构的使用方法。

本节我们介绍Python 中的列表 list。

1，Python 列表

大部分编程语言中都有数组的概念，数组中元素的类型必须相同。

Python 中没有数组的概念，Python 列表可看作是一种增强版的数组。

Python 列表有如下特点：

  • 列表中的元素可以是任意类型的数据
  • 可使用下标和切片访问列表内容
  • 可在列表的任意位置插入和删除元素
  • 使用列表时，无须关注列表的容量问题，Python 会在需要的时候自动扩容和缩容

2，声明列表

Python 中的列表使用中括号[] 表示：

>>> l = []       # 一个空列表
>>> l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True] # 列表元素可以是任意类型
>>> type(l)      
<class 'list'>

3，列表元素个数

使用len() 函数可查看列表中的元素个数：

>>> l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True]
>>> len(l)
5

4，访问列表元素

可以像访问字符串一样，使用下标来访问列表元素：

>>> l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True]
>>> l[0]	# 访问第 1 个元素
'a'
>>> l[4]	# 访问第 5 个元素
True
>>> l[5]        # 超出范围，抛出异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range
>>> l[-1]	# 访问倒数第 1 个元素
True
>>> l[-5]       # 访问倒数第 5 个元素
'a'
>>> l[-6]       # 超出范围，抛出异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range

5，列表部分元素

同样可以向截取字符串 一样来截取部分列表元素：

>>> l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True]
>>> l[1:3]
['bc', 1]
>>> l[1:]
['bc', 1, 2.5, True]
>>> l[:4]
['a', 'bc', 1, 2.5]
>>> l[:]
['a', 'bc', 1, 2.5, True]

6，遍历列表

可使用 for 循环来遍历列表：

l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True]
for item in l:
    print(item)

以上代码的输出如下：

a
bc
1
2.5
True

7，修改和删除元素

修改列表元素

我们可以使用下标和赋值语句 来修改列表元素：

>>> l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True]
>>> l[0] = 'x'      # 第 1 个元素改为 ‘x’
>>> l[3] = 5        # 第 4 个元素改为 5
>>> l               # 修改后的列表
['x', 'bc', 1, 5, True]

删除列表元素

可以使用下标和del 关键字来删除列表元素：

>>> l = ['a', 'bc', 1, 2.5, True]
>>> del l[1]	# 删除第 2 个元素
>>> del l[3]    # 删除第 4 个元素
>>> l           # 删除元素后的列表
['a', 1, 2.5]

8，列表运算

Python 列表可以进行加运算，乘运算，in 运算。

列表加运算

一个列表和另一个列表可以相加，得到一个新的列表：

>>> l1 = ['a', 'b', 'c']
>>> l2 = [1, 2, 3]
>>> l3 = l1 + l2
>>> l3 # 新的列表
['a', 'b', 'c', 1, 2, 3]

一个列表可以乘以一个整数n：

  • 当 n <= 0 时，得到一个空列表[]
  • 当 n > 0 时，相当于 n 个列表相加

示例：

>>> ['a', 'b'] * -1
[]
>>> ['a', 'b'] * 0
[]
>>> ['a', 'b'] * 2
['a', 'b', 'a', 'b']

列表in 运算

可以通过 in 运算来查看一个元素是否存在于列表中，返回一个 bool 类型：

>>> 'a' in ['a', 'b']
True
>>> 'a' not in ['a', 'b']
False

9，列表函数

Python 中的list 是一个 class，可通过type(列表对象)来查看：

>>> type([])     # 空列表
<class 'list'>

可通过dir(list) 或 dir(列表对象) 来查看Python list 支持的方法：

>>> dir(list)
['__add__', '__class__', '__contains__', 
'__delattr__', '__delitem__', '__dir__', 
'__doc__', '__eq__', '__format__', 
'__ge__', '__getattribute__', 
'__getitem__', '__gt__', '__hash__', 
'__iadd__', '__imul__', '__init__', 
'__init_subclass__', '__iter__', 
'__le__', '__len__', '__lt__', '__mul__', 
'__ne__', '__new__', '__reduce__', 
'__reduce_ex__', '__repr__', '__reversed__', 
'__rmul__', '__setattr__', '__setitem__', 
'__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 
'append', 'clear', 'copy', 'count', 
'extend', 'index', 'insert', 
'pop', 'remove', 'reverse', 'sort']

这里我们依然只关注非魔法方法，共11 个。

1.append 方法

作用：在列表L 的尾部追加元素

原型：L.append(object) -> None

参数：要追加的元素，可以是任意类型

返回值：总是返回 None

示例：

>>> l = [1]        # 初始化一个列表
>>> l.append(2)    # 在尾部追加 2
>>> l
[1, 2]
>>> l.append(3)    # 在尾部追加 3
>>> l
[1, 2, 3]

2.insert 方法

作用：在列表L 的 index 下标之前插入元素object

原型：L.insert(index, object)

参数 index：插入元素的位置

参数 object：要插入的元素

返回值：无返回值

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c']	     # 初始化一个列表
>>> l.insert(1, 'xx')        # 在列表的下标 1 处插入 'xx' 
>>> l
['a', 'xx', 'b', 'c']        # 插入后，'xx' 下标为 1
>>> l.insert(3, 'yy')        # 在列表的下标 3 处插入 'yy'
>>> l
['a', 'xx', 'b', 'yy', 'c']  # 插入后，'yy' 的下标为 3

3.remove 方法

作用：从表头开始，删除列表L 中第一个值为value 的元素，如果值为value 的元素不存在，则抛出ValueError 异常

原型：L.remove(value) -> None

参数：要删除的元素的值

返回值：总是返回 None

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'b', 'c']
>>> l.remove('b')  # 删除第一个值为 'b' 的元素
>>> l
['a', 'b', 'c']
>>> l.remove('c')  # 删除第一个值为 'c' 的元素
>>> l
['a', 'b']
>>> l.remove('c')  # 已经不存在值为 'c' 的元素，抛出 ValueError 异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: list.remove(x): x not in list

4.pop 方法

作用：移除并返回下标为 index 的元素，下标不存在时，抛出IndexError 异常

原型：L.pop([index]) -> item

参数：要移除的元素的下标，可省，默认为最后一个

返回值：移除的元素

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c']
>>> item = l.pop()   # 移除最后一个元素
>>> item
'c'
>>> l
['a', 'b']
>>> l.pop(3)   # 不存在下标为 3 的元素，抛出异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: pop index out of range

5.clear 方法

作用：清空列表L

原型：L.clear() -> None

参数：无

返回值：总是返回 None

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c']
>>> l.clear()
>>> l   # 列表被清空
[]

6.count 方法

作用：计算列表L 中值为value 的个数

原型：L.count(value) -> integer

参数：要计算的元素的值

返回值：个数

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c', 'a']
>>> l.count('a')
2
>>> l.count('b')
1
>>> l.count('d')
0

7.copy 方法

作用：浅拷贝列表L，相当于L[:]

原型：L.copy() -> list

参数：无

返回值：一个列表

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c']
>>> l2 = l.copy()
>>> l2
['a', 'b', 'c']

8.extend 方法

作用：在列表L 尾部追加一个序列iterable

原型：L.extend(iterable) -> None

参数：iterable 可以是任意一种序列类型

返回值：总是返回 None

示例：

>>> l1 = ['a', 'b', 'c']
>>> l2 = ['1', '2', '3']
>>> l1.extend(l2)
>>> l1
['a', 'b', 'c', '1', '2', '3']

9.reverse 方法

作用：将列表L 翻转

原型：L.reverse()

参数：无

返回值：无返回值

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c']
>>> l.reverse()
>>> l
['c', 'b', 'a']

10.sort 方法

作用：对列表L 进行排序

原型：L.sort(key=None, reverse=False) -> None

参数 key：

key 是一个函数类型的参数，该函数接收一个参数item1，并返回一个值item2。

sort 方法根据item2 进行排序，item1 是L 中的每个元素 。

key 可省，默认为None，表示直接使用L 中的元素进行排序。

参数 reverse：

reverse 为True 表示按照降序排序。

reverse 为False 表示按照升序排序。

reverse 可省，默认为 False。

返回值：总是返回 None

示例，key 为 None：

>>> l = ['b', 'a', 'd', 'c'] # 一个乱序的列表
>>> l.sort()                 # 升序排序
>>> l
['a', 'b', 'c', 'd']
>>> l.sort(reverse=True)     # 降序排序
>>> l
['d', 'c', 'b', 'a']

示例，key 不为 None：

>>> l = [('c', 1), ('b', 2), ('a', 3)] # 列表中的元素是元组类型
>>> def key(item): return item[0]      # 该函数返回元组的第一个元素
>>> l.sort(key=key)                    # 以元组的第一个元素进行排序
>>> l
[('a', 3), ('b', 2), ('c', 1)]
>>>
>>> l = [('c', 1), ('b', 2), ('a', 3)] 
>>> def key(item): return item[1]      # 该函数返回元组的第二个元素
>>> l.sort(key=key)                    # 以元组的第二个元素进行排序
>>> l
[('c', 1), ('b', 2), ('a', 3)]

提示：

一个函数也可以作为参数传递给另一个函数，后续讲到函数的概念时，会详细讲解。

11.index 方法

作用：从列表L[start:stip] 的表头查找第一个值为value 的元素

原型：L.index(value, [start, [stop]]) -> integer

参数 value：查找值为value 的元素

参数 start：列表L 的起始下标

参数 stop：列表L 的终止下标

返回值：若能找到，则返回该元素的下标，否则，抛出ValueError 异常

示例：

>>> l = ['a', 'b', 'c']
>>> l.index('b')   # 找到了，返回下标
1
>>> l.index('d')   # 没找到，抛出 ValueError 异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: 'd' is not in list

（完。）

推荐阅读：

Python 简明教程 — 5，Python 表达式与运算符

Python 简明教程 — 6，Python 控制流

Python 简明教程 — 7，Python 字符串

Python 简明教程 — 8，Python 字符串函数

Python 简明教程 — 9，Python 编码

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