Python常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)詳解
本文詳細(xì)羅列歸納了Python常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并附以實例加以說明，相信對讀者有一定的參考借鑒價值。
總體而言Python中常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以統(tǒng)稱為容器（container）。而序列（如列表和元組）、映射（如字典）以及集合（set）是三類主要的容器。
一、序列（列表、元組和字符串）
序列中的每個元素都有自己的編號。Python中有6種內(nèi)建的序列。其中列表和元組是最常見的類型。其他包括字符串、Unicode字符串、buffer對象和xrange對象。下面重點介紹下列表、元組和字符串。
1、列表
列表是可變的，這是它區(qū)別于字符串和元組的最重要的特點，一句話概括即：列表可以修改，而字符串和元組不能。
（1）、創(chuàng)建
通過下面的方式即可創(chuàng)建一個列表：
list1=['hello','world'] print list1 list2=[1,2,3] print list2
輸出：
['hello', 'world'] [1, 2, 3]
可以看到，這中創(chuàng)建方式非常類似于javascript中的數(shù)組。
（2）、list函數(shù)
通過list函數(shù)（其實list是一種類型而不是函數(shù)）對字符串創(chuàng)建列表非常有效：
list3=list("hello")
print list3
輸出：
['h', 'e', 'l', 'l', 'o']
2、元組
元組與列表一樣，也是一種序列，唯一不同的是元組不能被修改（字符串其實也有這種特點）。
（1）、創(chuàng)建
t1=1,2,3 t2="jeffreyzhao","cnblogs" t3=(1,2,3,4) t4=() t5=(1,) print t1,t2,t3,t4,t5
輸出：
(1, 2, 3) ('jeffreyzhao', 'cnblogs') (1, 2, 3, 4) () (1,)
從上面我們可以分析得出：
a、逗號分隔一些值，元組自動創(chuàng)建完成；
b、元組大部分時候是通過圓括號括起來的；
c、空元組可以用沒有包含內(nèi)容的圓括號來表示；
d、只含一個值的元組，必須加個逗號（,）；
（2）、tuple函數(shù)
tuple函數(shù)和序列的list函數(shù)幾乎一樣：以一個序列（注意是序列）作為參數(shù)并把它轉(zhuǎn)換為元組。如果參數(shù)就算元組，那么該參數(shù)就會原樣返回：
t1=tuple([1,2,3])
t2=tuple("jeff")
t3=tuple((1,2,3))
print t1
print t2
print t3
t4=tuple(123)
print t45
輸出：
(1, 2, 3)
('j', 'e', 'f', 'f')
(1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
File "F:\Python\test.py", line 7, in <module>
t4=tuple(123)
TypeError: 'int' object is not iterable
3、字符串
（1）創(chuàng)建
str1='Hello world' print str1 print str1[0] for c in str1: print c
輸出：
Hello world H H e l l o w o r l d
（2）格式化
字符串格式化使用字符串格式化操作符即百分號%來實現(xiàn)。
str1='Hello,%s' % 'world.' print str1
格式化操作符的右操作數(shù)可以是任何東西，如果是元組或者映射類型（如字典），那么字符串格式化將會有所不同。
strs=('Hello','world') #元組
str1='%s,%s' % strs
print str1
d={'h':'Hello','w':'World'} #字典
str1='%(h)s,%(w)s' % d
print str1
輸出：
Hello,world Hello,World
注意：如果需要轉(zhuǎn)換的元組作為轉(zhuǎn)換表達(dá)式的一部分存在，那么必須將它用圓括號括起來：
str1='%s,%s' % 'Hello','world' print str1
輸出：
Traceback (most recent call last): File "F:\Python\test.py", line 2, in <module> str1='%s,%s' % 'Hello','world' TypeError: not enough arguments for format string
如果需要輸出%這個特殊字符，毫無疑問，我們會想到轉(zhuǎn)義，但是Python中正確的處理方式如下：
str1='%s%%' % 100 print str1
輸出：
100%
對數(shù)字進(jìn)行格式化處理，通常需要控制輸出的寬度和精度：
from math import pi str1='%.2f' % pi #精度2 print str1 str1='%10f' % pi #字段寬10 print str1 str1='%10.2f' % pi #字段寬10，精度2 print str1
輸出：
3.14 3.141593 3.14
字符串格式化還包含很多其他豐富的轉(zhuǎn)換類型，可參考官方文檔。
Python中在string模塊還提供另外一種格式化值的方法：模板字符串。它的工作方式類似于很多UNIX Shell里的變量替換，如下所示：
from string import Template
str1=Template('$x,$y!')
str1=str1.substitute(x='Hello',y='world')
print str1
輸出：
Hello,world!
如果替換字段是單詞的一部分，那么參數(shù)名稱就必須用括號括起來，從而準(zhǔn)確指明結(jié)尾：
from string import Template
str1=Template('Hello,w${x}d!')
str1=str1.substitute(x='orl')
print str1
輸出：
Hello,world!
如要輸出$符，可以使用$$輸出：
from string import Template
str1=Template('$x$$')
str1=str1.substitute(x='100')
print str1
輸出：
100$
除了關(guān)鍵字參數(shù)之外，模板字符串還可以使用字典變量提供鍵值對進(jìn)行格式化：
from string import Template
d={'h':'Hello','w':'world'}
str1=Template('$h,$w!')
str1=str1.substitute(d)
print str1
輸出：
Hello,world!
除了格式化之外，Python字符串還內(nèi)置了很多實用方法，可參考官方文檔，這里不再列舉。
4、通用序列操作（方法）
從列表、元組以及字符串可以“抽象”出序列的一些公共通用方法（不是你想像中的CRUD），這些操作包括：索引（indexing）、分片（sliceing）、加（adding）、乘（multiplying）以及檢查某個元素是否屬于序列的成員。除此之外，還有計算序列長度、最大最小元素等內(nèi)置函數(shù)。
（1）索引
str1='Hello' nums=[1,2,3,4] t1=(123,234,345) print str1[0] print nums[1] print t1[2]
輸出
H 2 345
索引從0（從左向右）開始，所有序列可通過這種方式進(jìn)行索引。神奇的是，索引可以從最后一個位置（從右向左）開始，編號是-1：
str1='Hello' nums=[1,2,3,4] t1=(123,234,345) print str1[-1] print nums[-2] print t1[-3]
輸出：
o 3 123
（2）分片
分片操作用來訪問一定范圍內(nèi)的元素。分片通過冒號相隔的兩個索引來實現(xiàn)：
nums=range(10) print nums print nums[1:5] print nums[6:10] print nums[1:] print nums[-3:-1] print nums[-3:] #包括序列結(jié)尾的元素，置空最后一個索引 print nums[:] #復(fù)制整個序列
輸出：
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] [1, 2, 3, 4] [6, 7, 8, 9] [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] [7, 8] [7, 8, 9]
不同的步長，有不同的輸出：
nums=range(10) print nums print nums[0:10] #默認(rèn)步長為1 等價于nums[1:5：1] print nums[0:10:2] #步長為2 print nums[0:10:3] #步長為3 ##print nums[0:10:0] #步長為0 print nums[0:10:-2] #步長為-2
輸出：
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] [0, 2, 4, 6, 8] [0, 3, 6, 9] []
（3）序列相加
str1='Hello' str2=' world' print str1+str2 num1=[1,2,3] num2=[2,3,4] print num1+num2 print str1+num1
輸出：
Hello world [1, 2, 3, 2, 3, 4]
Traceback (most recent call last):
File "F:\Python\test.py", line 7, in <module>
print str1+num1
TypeError: cannot concatenate 'str' and 'list' objects
（4）乘法
print [None]*10 str1='Hello' print str1*2 num1=[1,2] print num1*2 print str1*num1
輸出：
[None, None, None, None, None, None, None, None, None, None] HelloHello [1, 2, 1, 2]
Traceback (most recent call last):
File "F:\Python\test.py", line 5, in <module>
print str1*num1
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'list'
（5）成員資格
in運算符會用來檢查一個對象是否為某個序列（或者其他類型）的成員（即元素）：
str1='Hello' print 'h' in str1 print 'H' in str1 num1=[1,2] print 1 in num1
輸出：
False True True
（6）長度、最大最小值
通過內(nèi)建函數(shù)len、max和min可以返回序列中所包含元素的數(shù)量、最大和最小元素。
str1='Hello' print len(str1) print max(str1) print min(str1) num1=[1,2,1,4,123] print len(num1) print max(num1) print min(num1)
輸出：
5 o H 5 123 1
二、映射（字典）
映射中的每個元素都有一個名字，如你所知，這個名字專業(yè)的名稱叫鍵。字典（也叫散列表）是Python中唯一內(nèi)建的映射類型。
1、鍵類型
字典的鍵可以是數(shù)字、字符串或者是元組，鍵必須唯一。在Python中，數(shù)字、字符串和元組都被設(shè)計成不可變類型，而常見的列表以及集合（set）都是可變的，所以列表和集合不能作為字典的鍵。鍵可以為任何不可變類型，這正是Python中的字典最強(qiáng)大的地方。
list1=["hello,world"]
set1=set([123])
d={}
d[1]=1
print d
d[list1]="Hello world."
d[set1]=123
print d
輸出：
{1: 1}
Traceback (most recent call last):
File "F:\Python\test.py", line 6, in <module>
d[list1]="Hello world."
TypeError: unhashable type: 'list'
2、自動添加
即使鍵在字典中并不存在，也可以為它分配一個值，這樣字典就會建立新的項。
3、成員資格
表達(dá)式item in d（d為字典）查找的是鍵（containskey），而不是值（containsvalue）。
Python字典強(qiáng)大之處還包括內(nèi)置了很多常用操作方法，可參考官方文檔，這里不再列舉。
思考：根據(jù)我們使用強(qiáng)類型語言的經(jīng)驗，比如C#和Java，我們肯定會問Python中的字典是線程安全的嗎？
三、集合
集合（Set）在Python 2.3引入，通常使用較新版Python可直接創(chuàng)建，如下所示：
strs=set(['jeff','wong','cnblogs']) nums=set(range(10))
看上去，集合就是由序列（或者其他可迭代的對象）構(gòu)建的。集合的幾個重要特點和方法如下：
1、副本是被忽略的
集合主要用于檢查成員資格，因此副本是被忽略的，如下示例所示,輸出的集合內(nèi)容是一樣的。
set1=set([0,1,2,3,0,1,2,3,4,5]) print set1 set2=set([0,1,2,3,4,5]) print set2
輸出如下：
set([0, 1, 2, 3, 4, 5]) set([0, 1, 2, 3, 4, 5])
2、集合元素的順序是隨意的
這一點和字典非常像，可以簡單理解集合為沒有value的字典。
strs=set(['jeff','wong','cnblogs']) print strs
輸出如下：
set(['wong', 'cnblogs', 'jeff'])
3、集合常用方法
a、交集union
set1=set([1,2,3]) set2=set([2,3,4]) set3=set1.union(set2) print set1 print set2 print set3
輸出：
set([1, 2, 3]) set([2, 3, 4]) set([1, 2, 3, 4])
union操作返回兩個集合的并集，不改變原有集合。使用按位與（OR）運算符“|”可以得到一樣的結(jié)果：
set1=set([1,2,3]) set2=set([2,3,4]) set3=set1|set2 print set1 print set2 print set3
輸出和上面union操作一模一樣的結(jié)果。
其他常見操作包括&（交集）,<=,>=,-,copy()等等，這里不再列舉。
set1=set([1,2,3]) set2=set([2,3,4]) set3=set1&set2 print set1 print set2 print set3 print set3.issubset(set1) set4=set1.copy() print set4 print set4 is set1
輸出如下：
set([1, 2, 3]) set([2, 3, 4]) set([2, 3]) True set([1, 2, 3]) False
b、add和remove
和序列添加和移除的方法非常類似，可參考官方文檔：
set1=set([1]) print set1 set1.add(2) print set1 set1.remove(2) print set1 print set1 print 29 in set1 set1.remove(29) #移除不存在的項
輸出：
set([1]) set([1, 2]) set([1]) set([1]) False
Traceback (most recent call last):
File "F:\Python\test.py", line 9, in <module>
set1.remove(29) #移除不存在的項
KeyError: 29
4、frozenset
集合是可變的，所以不能用做字典的鍵。集合本身只能包含不可變值，所以也就不能包含其他集合：
set1=set([1]) set2=set([2]) set1.add(set2)
輸出如下：
Traceback (most recent call last):
File "F:\Python\test.py", line 3, in <module>
set1.add(set2)
TypeError: unhashable type: 'set'
可以使用frozenset類型用于代表不可變（可散列）的集合：
set1=set([1]) set2=set([2]) set1.add(frozenset(set2)) print set1
輸出：
set([1, frozenset([2])])
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