Python中內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型詳解(內(nèi)置數(shù)據(jù)容器)

更新時(shí)間：2025年04月14日 09:52:51 作者：脫脫克克

在?Python?中,字典（dict）是一種非常常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用于存儲(chǔ)鍵值對(duì),這篇文章給大家介紹Python中內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型詳解(內(nèi)置數(shù)據(jù)容器),感興趣的朋友一起看看吧

1. 元組（Tuple）??

元組是一種??不可變??的有序序列，用于存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)。適用于需要數(shù)據(jù)保護(hù)或哈希的場(chǎng)景（如字典的鍵）。

# 1、創(chuàng)建元組
# 可以使用圓括號(hào) () 或者內(nèi)置的 tuple() 函數(shù)來(lái)創(chuàng)建元組
empty_tuple = ()  		# 空元組
single_element = (1,)  	# 單元素元組（需逗號(hào)）
multi_elements = (1, "a", 3.14)
# 使用 tuple() 函數(shù)創(chuàng)建元組
from_list = tuple([4, 5, 6]) 	 # 從列表創(chuàng)建元組
from_string = tuple('abc') 		 # 從字符串創(chuàng)建元組 ，輸出('a', 'b', 'c')
# 2、雙向訪問(wèn)與切片
# 元組支持切片操作，用于獲取元組的子集
# 切片操作使用 [start:stop:step] 的語(yǔ)法
print(multi_elements[0])       # 輸出: 1 
print(multi_elements[-1])      # 輸出: 3.14
print(multi_elements[1:3])     # 輸出: ('a', 3.14)  
print(multi_elements[0::2])    # 輸出：(1, 3.14)  
# 3、不可變性示例
try:
    multi_elements[0] = 10  
except TypeError as e:
    print(f"錯(cuò)誤: {e}")  # 輸出: 元組不可修改  
# 4、常用方法
# 元組只有兩個(gè)內(nèi)置方法：count() 和 index()
# count()：用于返回指定元素在元組中出現(xiàn)的次數(shù)
# index()：用于返回指定元素在元組中第一次出現(xiàn)的索引，如果元素不存在則引發(fā) ValueError
count = multi_elements.count(1)      # 統(tǒng)計(jì)元素在元組中出現(xiàn)次數(shù)  
index = multi_elements.index("a") 	 # 查找元素索引  
print(count, index)  				 # 輸出: 1 1  
# 5、元組的解包
# 可以將元組中的元素解包到多個(gè)變量中
my_tuple = (10, 20, 30)
a, b, c = my_tuple
print(a)  # 輸出10
print(b)  # 輸出20
print(c)  # 輸出30
# 6、元組作為函數(shù)返回值
# 函數(shù)可以返回一個(gè)元組，方便同時(shí)返回多個(gè)值
def get_name_and_age():
    return 'Alice', 25
name, age = get_name_and_age()
print(name)
print(age)
# 7、元組的遍歷
my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
for element in my_tuple:
    print(element)

2. 列表（List）?

列表是??可變??的有序集合，支持動(dòng)態(tài)增刪改，適合存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。與元組不同，列表的元素可以被修改、添加或刪除。

# 1、創(chuàng)建列表
my_list = [1, "a", 3.14]  
from_range = list(range(3))  # [0, 1, 2]  
# 2、訪問(wèn)與切片
my_list = [10, 20, 30, 40, 50]
first_element = my_list[0]		# 訪問(wèn)第一個(gè)元素
last_element = my_list[-1]		#訪問(wèn)最后一個(gè)元素
subset = my_list[1:3]			# 獲取從索引 1 到索引 3（不包含）的元素
every_second = my_list[0::2]	# 獲取從索引 0 到末尾，步長(zhǎng)為 2 的元素
# 3、增刪改操作
# 可以使用 append()、extend() 和 insert() 方法來(lái)添加元素
# 可以使用 remove()、pop() 和 del 語(yǔ)句來(lái)刪除元素
my_list = [10, 10, 20, 30, 40, 50]
my_list.append(4)          # 末尾添加   
my_list.extend([5, 6])	   # 擴(kuò)展列表，將另一個(gè)可迭代對(duì)象的元素添加到列表末尾
my_list.insert(1, 15)	   # 在指定索引位置插入一個(gè)元素
my_list[1] = 20            # 修改元素  
my_list.remove(20)		   # 刪除指定值的第一個(gè)匹配項(xiàng)
popped_element = my_list.pop(1)		# 刪除指定索引位置的元素，并返回該元素
del my_list[0]             # 刪除索引0的元素
print(my_list)             # [20, 30, 40, 50, 4, 5, 6]
# 4、切片與遍歷
my_list = [10, 10, 20, 30, 40, 50]
print(my_list[::2])        # 輸出: [10, 20, 40]  
for idx, val in enumerate(my_list):
    print(f"索引{idx}: {val}")  
# 5、常用方法
# 列表還有 count()、index()、sort()、reverse() 等方法
my_list = [1, 2, 2, 3, 2]
count_2 = my_list.count(2)		# 統(tǒng)計(jì)元素 2 出現(xiàn)的次數(shù)
index_3 = my_list.index(3)		# 查找元素 3 第一次出現(xiàn)的索引
my_list.sort()					# 對(duì)列表進(jìn)行排序
my_list.reverse()				# 反轉(zhuǎn)列表
print(count_2)	# 3
print(index_3)	# 3
print(my_list) 	# [3, 2, 2, 2, 1]
# 6、列表的遍歷
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
for element in my_list:
    print(element)
# 7、列表推導(dǎo)式
# 創(chuàng)建一個(gè)包含 1 到 5 的平方的列表
# 列表推導(dǎo)式是一種簡(jiǎn)潔的創(chuàng)建列表的方式
squares = [i ** 2 for i in range(1, 6)]
print(squares)	# [1, 4, 9, 16, 25]

3. 字典（Dict）

字典（dict）是一種無(wú)序、可變且以鍵值對(duì)形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。字典是??鍵值對(duì)??的無(wú)序集合（Python 3.7+ 有序），支持快速查詢。

# 1、創(chuàng)建字典
# 可以使用花括號(hào) {} 或者內(nèi)置的 dict() 函數(shù)來(lái)創(chuàng)建字典
empty_dict = {}  # 空字典
simple_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}  # 包含鍵值對(duì)的字典
from_tuples = dict([('city', 'New York'), ('country', 'USA')])
from_kwargs = dict(name='Bob', age=30)
# 2、訪問(wèn)字典元素
# 可以通過(guò)鍵來(lái)訪問(wèn)字典中的值。如果鍵不存在，直接訪問(wèn)會(huì)引發(fā) KeyError
# 解決辦法在下段落，此處先不談
my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}		
name = my_dict['name']		# 通過(guò)鍵訪問(wèn)值
city = my_dict.get('city')	# 使用 get() 方法訪問(wèn)值，如果鍵不存在，返回默認(rèn)值（這里是 None）
# 3、增刪查改
my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}	
my_dict['age'] = 26					# 修改已有鍵的值
my_dict['city'] = 'New York'		# 添加新的鍵值對(duì)
print(my_dict)						# {'name': 'Alice', 'age': 26, 'city': 'New York'}
del my_dict['city']			# 使用 del 語(yǔ)句刪除指定鍵的鍵值對(duì)
age = my_dict.pop('age')	# 使用 pop() 方法刪除指定鍵的鍵值對(duì)，并返回該鍵對(duì)應(yīng)的值
print(my_dict)				# {'name': 'Alice'}
# 4、遍歷鍵值
for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")  
# 5、常用方法
# keys()：返回一個(gè)包含字典所有鍵的視圖對(duì)象。
# values()：返回一個(gè)包含字典所有值的視圖對(duì)象。
# items()：返回一個(gè)包含字典所有鍵值對(duì)的視圖對(duì)象。
# update()：將另一個(gè)字典的鍵值對(duì)更新到當(dāng)前字典中
my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}
keys = my_dict.keys()			# 獲取所有鍵
values = my_dict.values()		# 獲取所有值
items = my_dict.items()			# 獲取所有鍵值對(duì)
new_dict = {'city': 'Bei Jing'}	# 更新字典
my_dict.update(new_dict)
print(keys)						# dict_keys(['name', 'age', 'city'])
print(values)					# dict_values(['Alice', 25, 'Bei Jing'])
print(list(values))				# ['Alice', 25, 'Bei Jing']
print(items)					# dict_items([('name', 'Alice'), ('age', 25), ('city', 'Bei Jing')])
print(my_dict)					# {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'Bei Jing'}
# 6、字典推導(dǎo)式
# 創(chuàng)建一個(gè)包含 1 到 5 的平方的字典
squares_dict = {i: i ** 2 for i in range(1, 6)}
print(squares_dict)		# {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}

在 Python 中，字典（dict）是一種非常常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)鍵值對(duì)。當(dāng)嘗試訪問(wèn)一個(gè)不存在的鍵時(shí)，直接使用 dict[key] 會(huì)導(dǎo)致 KeyError。為了避免這種情況，可以使用以下幾種方法：

使用 get() 方法
get() 方法是字典的一個(gè)內(nèi)置方法，它允許你安全地訪問(wèn)字典中的值。如果鍵不存在，get() 方法會(huì)返回一個(gè)默認(rèn)值（通常是 None），而不是拋出錯(cuò)誤。

my_dict = {"a": 1, "b": 2}
# 使用 get() 方法訪問(wèn)鍵
value = my_dict.get("a")  # 返回 1
print(value)
# 如果鍵不存在，返回默認(rèn)值 None
value = my_dict.get("c")  # 返回 None
print(value)
# 也可以指定默認(rèn)值
value = my_dict.get("c", "默認(rèn)值")  # 返回 "默認(rèn)值"
print(value)

使用 defaultdict
defaultdict 是 collections 模塊中的一個(gè)類，它繼承自普通的字典，但允許你指定一個(gè)默認(rèn)值。當(dāng)你訪問(wèn)一個(gè)不存在的鍵時(shí)，defaultdict 會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)值，并將其與該鍵關(guān)聯(lián)起來(lái)。

my_dict = {"a": 1, "b": 2}
# 使用 get() 方法訪問(wèn)鍵
value = my_dict.get("a")  # 返回 1
print(value)
# 如果鍵不存在，返回默認(rèn)值 None
value = my_dict.get("c")  # 返回 None
print(value)
# 也可以指定默認(rèn)值
value = my_dict.get("c", "默認(rèn)值")  # 返回 "默認(rèn)值"
print(value)

使用 setdefault() 方法
setdefault() 方法也是字典的一個(gè)內(nèi)置方法，它類似于 get()，但會(huì)在鍵不存在時(shí)插入一個(gè)默認(rèn)值。

my_dict = {"a": 1, "b": 2}
# 使用 setdefault() 方法訪問(wèn)鍵
value = my_dict.setdefault("a", "默認(rèn)值")  # 返回 1
print(value)
# 如果鍵不存在，插入默認(rèn)值
value = my_dict.setdefault("c", "默認(rèn)值")  # 返回 "默認(rèn)值"
print(value)
print(my_dict)  # 輸出：{'a': 1, 'b': 2, 'c': '默認(rèn)值'}

4. 集合（Set）??

集合（set）是一種無(wú)序且唯一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它不允許有重復(fù)的元素，常用于去重、成員檢測(cè)和集合運(yùn)算（如并集、交集、差集等）。

# 1、創(chuàng)建集合
str = set()					# set() 是創(chuàng)建空集合的唯一方式，str = {}是空字典
my_set = {1, 2, 2, 3}       # 自動(dòng)去重 → {1, 2, 3}  
from_list = set([3, 4, 5])  
fruits = {'apple', 'banana', 'cherry'}
# 2、訪問(wèn)集合元素
# 由于集合是無(wú)序的，不能通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)元素。但可以使用 for 循環(huán)遍歷集合中的元素，或者使用 in 關(guān)鍵字檢查元素是否存在于集合中
```python
fruits = {'apple', 'banana', 'cherry'}	
# 遍歷集合
for fruit in fruits:
    print(fruit)
# 檢查元素是否存在
is_apple_in = 'apple' in fruits
print(is_apple_in)		# True
# 3、添加元素
# 可以使用 add() 方法向集合中添加單個(gè)元素，使用 update() 方法添加多個(gè)元素（可以是列表、元組、集合等可迭代對(duì)象）
fruits = {'apple', 'banana'}
# 添加單個(gè)元素
fruits.add('cherry')
# 添加多個(gè)元素
fruits.update(['date', 'elderberry'])
print(fruits)		# {'apple', 'banana', 'cherry', 'elderberry', 'date'}
# 4、刪除元素
# 可以使用 remove()、discard() 和 pop() 方法來(lái)刪除集合中的元素
# remove()：如果元素存在，將其從集合中移除；若元素不存在，會(huì)引發(fā) KeyError
# discard()：如果元素存在，將其從集合中移除；若元素不存在，不會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤
# pop()：隨機(jī)移除并返回集合中的一個(gè)元素，若集合為空，會(huì)引發(fā) KeyError
fruits = {'apple', 'banana', 'cherry'}
# 使用 remove() 方法刪除元素
fruits.remove('apple')
# 使用 discard() 方法刪除元素
fruits.discard('banana')
# 使用 pop() 方法刪除元素
popped_fruit = fruits.pop()
# 5、集合的常用操作
## 5.1并集：可以使用 | 運(yùn)算符或 union() 方法實(shí)現(xiàn)
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}
# 使用 | 運(yùn)算符求并集
union_set1 = set1 | set2
# 使用 union() 方法求并集
union_set2 = set1.union(set2)
print(union_set1)	# {1, 2, 3, 4, 5}
print(union_set2)	# {1, 2, 3, 4, 5}
## 5.2交集：可以使用 & 運(yùn)算符或 intersection() 方法實(shí)現(xiàn)
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}
# 使用 & 運(yùn)算符求交集
intersection_set1 = set1 & set2
# 使用 intersection() 方法求交集
intersection_set2 = set1.intersection(set2)
print(intersection_set1)	# {3}
print(intersection_set2)	# {3}
## 5.3差集：可以使用 - 運(yùn)算符或 difference() 方法實(shí)現(xiàn)
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}
# 使用 - 運(yùn)算符求差集
difference_set1 = set1 - set2
# 使用 difference() 方法求差集
difference_set2 = set1.difference(set2)
print(difference_set1)	# {1, 2}
print(difference_set2)	# {1, 2}
## 5.4對(duì)稱差集：可以使用 ^ 運(yùn)算符或 symmetric_difference() 方法實(shí)現(xiàn)
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}
# 使用 ^ 運(yùn)算符求對(duì)稱差集
symmetric_difference_set1 = set1 ^ set2
# 使用 symmetric_difference() 方法求對(duì)稱差集
symmetric_difference_set2 = set1.symmetric_difference(set2)
print(symmetric_difference_set1)	# {1, 2, 4, 5}
print(symmetric_difference_set2)	# {1, 2, 4, 5}
# 6、集合的長(zhǎng)度
# 可以使用 len() 函數(shù)獲取集合中元素的數(shù)量
fruits = {'apple', 'banana', 'cherry'}
length = len(fruits)
print(length)	# 3
# 7、清空集合
# 可以使用 clear() 方法清空集合中的所有元素
fruits = {'apple', 'banana', 'cherry'}
fruits.clear()
print(fruits)	# set()

5. 字符串（Str）

字符串是??不可變??的字符序列，支持文本處理和格式化。

# 創(chuàng)建字符串
s = "Hello, 世界!"  
multiline = """多行  
字符串"""  
# 切片與操作
print(s[0:5])              # 輸出: Hello  
print(s.upper())           # 轉(zhuǎn)為大寫  
# 常用方法
words = s.split(",")       # 分割 → ['Hello', ' 世界!']  
joined = '-'.join(words)  # 合并 → "Hello-世界!"  
# 格式化
name = "Alice"  
print(f"Name: {name}")     # 輸出: Name: Alice

6. 隊(duì)列（Queue）與棧（Stack）?

??隊(duì)列（FIFO）??：用 deque 實(shí)現(xiàn)。
??棧（LIFO）??：用列表的 append 和 pop 實(shí)現(xiàn)。
隊(duì)列（Queue）和棧（Stack）是兩種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們?cè)跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)方式上有很大的區(qū)別。以下是它們的主要區(qū)別：

6.1. 數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式

6.1.1 隊(duì)列（Queue）

特點(diǎn)：先進(jìn)先出（FIFO，F(xiàn)irst In First Out）。最早進(jìn)入隊(duì)列的元素會(huì)最先被移除。
操作：
入隊(duì)（Enqueue）：在隊(duì)列的尾部添加一個(gè)元素。
出隊(duì)（Dequeue）：從隊(duì)列的頭部移除一個(gè)元素。
查看隊(duì)首元素（Peek）：查看隊(duì)列頭部的元素，但不移除它。

6.1.2 棧（Stack）

特點(diǎn)：后進(jìn)先出（LIFO，Last In First Out）。最后進(jìn)入棧的元素會(huì)最先被移除。
操作：
入棧（Push）：在棧的頂部添加一個(gè)元素。
出棧（Pop）：從棧的頂部移除一個(gè)元素。
查看棧頂元素（Peek）：查看棧頂?shù)脑?，但不移除它?/p>

# 隊(duì)列示例
from collections import deque  
queue = deque([1, 2, 3])  
queue.append(4)            # 入隊(duì)  
print(queue.popleft())     # 出隊(duì) → 1  
# 棧示例
stack = []  
stack.append(10)          # 入棧  
print(stack.pop())         # 出棧 → 10

6.2. 應(yīng)用場(chǎng)景

隊(duì)列（Queue）
任務(wù)調(diào)度：操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度，按照任務(wù)到達(dá)的順序執(zhí)行。
消息隊(duì)列：在多線程或多進(jìn)程環(huán)境中，用于傳遞消息。
打印隊(duì)列：打印機(jī)按照任務(wù)提交的順序打印文檔。
廣度優(yōu)先搜索（BFS）：在圖的遍歷中，隊(duì)列用于存儲(chǔ)待訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)。

棧（Stack）
函數(shù)調(diào)用：程序運(yùn)行時(shí)，函數(shù)調(diào)用的上下文（如局部變量、返回地址等）存儲(chǔ)在棧中。
表達(dá)式求值：計(jì)算算術(shù)表達(dá)式的值，如逆波蘭表達(dá)式。
括號(hào)匹配：檢查括號(hào)是否正確匹配。
深度優(yōu)先搜索（DFS）：在圖的遍歷中，棧用于存儲(chǔ)待訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)。
撤銷操作（Undo）：在軟件中實(shí)現(xiàn)撤銷功能，如文本編輯器中的撤銷操作。

6.3. 實(shí)現(xiàn)方式

隊(duì)列（Queue）
Python 實(shí)現(xiàn)：可以使用 collections.deque，它是一個(gè)雙端隊(duì)列，支持高效的頭部和尾部操作。

from collections import deque
queue = deque()
queue.append(1)  # 入隊(duì)
queue.append(2)
queue.append(3)
print(queue.popleft())  # 出隊(duì)，輸出 1

棧（Stack）
Python 實(shí)現(xiàn)：可以使用普通的列表（list），利用 append() 和 pop() 方法來(lái)模擬棧的操作。

stack = []
stack.append(1)  # 入棧
stack.append(2)
stack.append(3)
print(stack.pop())  # 出棧，輸出 3

6.4. 內(nèi)存結(jié)構(gòu)

隊(duì)列（Queue）
隊(duì)列的元素順序是固定的，新元素總是添加到尾部，舊元素總是從頭部移除。隊(duì)列的頭部和尾部可以動(dòng)態(tài)變化。
隊(duì)列通常需要維護(hù)兩個(gè)指針（頭部指針和尾部指針）來(lái)跟蹤元素的位置。
棧（Stack）
棧的元素順序是動(dòng)態(tài)的，新元素總是添加到頂部，舊元素也總是從頂部移除。棧的頂部位置會(huì)不斷變化。
棧通常只需要維護(hù)**一個(gè)指針（棧頂指針）**來(lái)跟蹤元素的位置。

6.5. 性能

隊(duì)列（Queue）
使用 collections.deque 時(shí)，隊(duì)列的頭部和尾部操作（入隊(duì)、出隊(duì)）的時(shí)間復(fù)雜度為 O(1)。
棧（Stack）
使用列表（list）時(shí)，棧的入棧和出棧操作的時(shí)間復(fù)雜度為 O(1)。

總結(jié)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)比表