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  • Python3:数据结构

    列表
    Python中列表是可变的,这是它区别于字符串和元组的最重要的特点,一句话概括即:列表可以修改,而字符串和元组不能。

    以下是 Python 中列表的方法:

    方法 描述
    list.append(x) 把一个元素添加到列表的结尾,相当于 a[len(a):] = [x]。
    list.extend(L) 通过添加指定列表的所有元素来扩充列表,相当于 a[len(a):] = L。
    list.insert(i, x) 在指定位置插入一个元素。第一个参数是准备插入到其前面的那个元素的索引,例如 a.insert(0, x) 会插入到整个列表之前,而 a.insert(len(a), x) 相当于 a.append(x) 。
    list.remove(x) 删除列表中值为 x 的第一个元素。如果没有这样的元素,就会返回一个错误。
    list.pop([i]) 从列表的指定位置移除元素,并将其返回。如果没有指定索引,a.pop()返回最后一个元素。元素随即从列表中被移除。(方法中 i 两边的方括号表示这个参数是可选的,而不是要求你输入一对方括号,你会经常在 Python 库参考手册中遇到这样的标记。)
    list.clear() 移除列表中的所有项,等于del a[:]。
    list.index(x) 返回列表中第一个值为 x 的元素的索引。如果没有匹配的元素就会返回一个错误。
    list.count(x) 返回 x 在列表中出现的次数。
    list.sort() 对列表中的元素进行排序。
    list.reverse() 倒排列表中的元素。
    list.copy() 返回列表的浅复制,等于a[:]。
    下面示例演示了列表的大部分方法:

    实例

    a = [66.25, 333, 333, 1, 1234.5]
    print(a.count(333), a.count(66.25), a.count(‘x’))
    2 1 0
    a.insert(2, -1)
    a.append(333)
    a
    [66.25, 333, -1, 333, 1, 1234.5, 333]
    a.index(333)
    1
    a.remove(333)
    a
    [66.25, -1, 333, 1, 1234.5, 333]
    a.reverse()
    a
    [333, 1234.5, 1, 333, -1, 66.25]
    a.sort()
    a
    [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
    注意:类似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法没有返回值。

    将列表当做堆栈使用
    列表方法使得列表可以很方便的作为一个堆栈来使用,堆栈作为特定的数据结构,最先进入的元素最后一个被释放(后进先出)。用 append() 方法可以把一个元素添加到堆栈顶。用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从堆栈顶释放出来。例如:

    实例

    stack = [3, 4, 5]
    stack.append(6)
    stack.append(7)
    stack
    [3, 4, 5, 6, 7]
    stack.pop()
    7
    stack
    [3, 4, 5, 6]
    stack.pop()
    6
    stack.pop()
    5
    stack
    [3, 4]
    将列表当作队列使用
    也可以把列表当做队列用,只是在队列里第一加入的元素,第一个取出来;但是拿列表用作这样的目的效率不高。在列表的最后添加或者弹出元素速度快,然而在列表里插入或者从头部弹出速度却不快(因为所有其他的元素都得一个一个地移动)。

    实例

    from collections import deque
    queue = deque([“Eric”, “John”, “Michael”])
    queue.append(“Terry”) # Terry arrives
    queue.append(“Graham”) # Graham arrives
    queue.popleft() # The first to arrive now leaves
    ‘Eric’
    queue.popleft() # The second to arrive now leaves
    ‘John’
    queue # Remaining queue in order of arrival
    deque([‘Michael’, ‘Terry’, ‘Graham’])
    列表推导式
    列表推导式提供了从序列创建列表的简单途径。通常应用程序将一些操作应用于某个序列的每个元素,用其获得的结果作为生成新列表的元素,或者根据确定的判定条件创建子序列。

    每个列表推导式都在 for 之后跟一个表达式,然后有零到多个 for 或 if 子句。返回结果是一个根据表达从其后的 for 和 if 上下文环境中生成出来的列表。如果希望表达式推导出一个元组,就必须使用括号。

    这里我们将列表中每个数值乘三,获得一个新的列表:

    vec = [2, 4, 6]
    [3*x for x in vec]
    [6, 12, 18]
    现在我们玩一点小花样:

    [[x, x**2] for x in vec]
    [[2, 4], [4, 16], [6, 36]]
    这里我们对序列里每一个元素逐个调用某方法:

    实例

    freshfruit = [‘ banana’, ‘ loganberry ‘, ‘passion fruit ‘]
    [weapon.strip() for weapon in freshfruit]
    [‘banana’, ‘loganberry’, ‘passion fruit’]
    我们可以用 if 子句作为过滤器:

    [3x for x in vec if x > 3]
    [12, 18]
    [3
    x for x in vec if x < 2]
    []
    以下是一些关于循环和其它技巧的演示:

    vec1 = [2, 4, 6]
    vec2 = [4, 3, -9]
    [xy for x in vec1 for y in vec2]
    [8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54]
    [x+y for x in vec1 for y in vec2]
    [6, 5, -7, 8, 7, -5, 10, 9, -3]
    [vec1[i]
    vec2[i] for i in range(len(vec1))]
    [8, 12, -54]
    列表推导式可以使用复杂表达式或嵌套函数:

    [str(round(355/113, i)) for i in range(1, 6)]
    [‘3.1’, ‘3.14’, ‘3.142’, ‘3.1416’, ‘3.14159’]
    嵌套列表解析
    Python的列表还可以嵌套。

    以下实例展示了3X4的矩阵列表:

    matrix = [
    … [1, 2, 3, 4],
    … [5, 6, 7, 8],
    … [9, 10, 11, 12],
    … ]
    以下实例将3X4的矩阵列表转换为4X3列表:

    [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]
    [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]
    以下实例也可以使用以下方法来实现:

    transposed = []
    for i in range(4):
    … transposed.append([row[i] for row in matrix])

    transposed
    [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]
    另外一种实现方法:

    transposed = []
    for i in range(4):
    … # the following 3 lines implement the nested listcomp
    … transposed_row = []
    … for row in matrix:
    … transposed_row.append(row[i])
    … transposed.append(transposed_row)

    transposed
    [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]
    del 语句
    使用 del 语句可以从一个列表中依索引而不是值来删除一个元素。这与使用 pop() 返回一个值不同。可以用 del 语句从列表中删除一个切割,或清空整个列表(我们以前介绍的方法是给该切割赋一个空列表)。例如:

    a = [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
    del a[0]
    a
    [1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
    del a[2:4]
    a
    [1, 66.25, 1234.5]
    del a[:]
    a
    []
    也可以用 del 删除实体变量:

    del a
    元组和序列
    元组由若干逗号分隔的值组成,例如:

    t = 12345, 54321, ‘hello!’
    t[0]
    12345
    t
    (12345, 54321, ‘hello!’)

    Tuples may be nested:

    … u = t, (1, 2, 3, 4, 5)
    u
    ((12345, 54321, ‘hello!’), (1, 2, 3, 4, 5))
    如你所见,元组在输出时总是有括号的,以便于正确表达嵌套结构。在输入时可能有或没有括号, 不过括号通常是必须的(如果元组是更大的表达式的一部分)。

    集合
    集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。

    可以用大括号({})创建集合。注意:如果要创建一个空集合,你必须用 set() 而不是 {} ;后者创建一个空的字典,下一节我们会介绍这个数据结构。

    以下是一个简单的演示:

    basket = {‘apple’, ‘orange’, ‘apple’, ‘pear’, ‘orange’, ‘banana’}
    print(basket) # 删除重复的
    {‘orange’, ‘banana’, ‘pear’, ‘apple’}
    ‘orange’ in basket # 检测成员
    True
    ‘crabgrass’ in basket
    False

    以下演示了两个集合的操作


    a = set(‘abracadabra’)
    b = set(‘alacazam’)
    a # a 中唯一的字母
    {‘a’, ‘r’, ‘b’, ‘c’, ‘d’}
    a – b # 在 a 中的字母,但不在 b 中
    {‘r’, ‘d’, ‘b’}
    a | b # 在 a 或 b 中的字母
    {‘a’, ‘c’, ‘r’, ‘d’, ‘b’, ‘m’, ‘z’, ‘l’}
    a & b # 在 a 和 b 中都有的字母
    {‘a’, ‘c’}
    a ^ b # 在 a 或 b 中的字母,但不同时在 a 和 b 中
    {‘r’, ‘d’, ‘b’, ‘m’, ‘z’, ‘l’}
    集合也支持推导式:

    a = {x for x in ‘abracadabra’ if x not in ‘abc’}
    a
    {‘r’, ‘d’}
    字典
    另一个非常有用的 Python 内建数据类型是字典。

    序列是以连续的整数为索引,与此不同的是,字典以关键字为索引,关键字可以是任意不可变类型,通常用字符串或数值。

    理解字典的最佳方式是把它看做无序的键=>值对集合。在同一个字典之内,关键字必须是互不相同。

    一对大括号创建一个空的字典:{}。

    这是一个字典运用的简单例子:

    tel = {‘jack’: 4098, ‘sape’: 4139}
    tel[‘guido’] = 4127
    tel
    {‘sape’: 4139, ‘guido’: 4127, ‘jack’: 4098}
    tel[‘jack’]
    4098
    del tel[‘sape’]
    tel[‘irv’] = 4127
    tel
    {‘guido’: 4127, ‘irv’: 4127, ‘jack’: 4098}
    list(tel.keys())
    [‘irv’, ‘guido’, ‘jack’]
    sorted(tel.keys())
    [‘guido’, ‘irv’, ‘jack’]
    ‘guido’ in tel
    True
    ‘jack’ not in tel
    False
    构造函数 dict() 直接从键值对元组列表中构建字典。如果有固定的模式,列表推导式指定特定的键值对:

    dict([(‘sape’, 4139), (‘guido’, 4127), (‘jack’, 4098)])
    {‘sape’: 4139, ‘jack’: 4098, ‘guido’: 4127}
    此外,字典推导可以用来创建任意键和值的表达式词典:

    {x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
    {2: 4, 4: 16, 6: 36}
    如果关键字只是简单的字符串,使用关键字参数指定键值对有时候更方便:

    dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098)
    {‘sape’: 4139, ‘jack’: 4098, ‘guido’: 4127}
    遍历技巧
    在字典中遍历时,关键字和对应的值可以使用 items() 方法同时解读出来:

    knights = {‘gallahad’: ‘the pure’, ‘robin’: ‘the brave’}
    for k, v in knights.items():
    … print(k, v)

    gallahad the pure
    robin the brave
    在序列中遍历时,索引位置和对应值可以使用 enumerate() 函数同时得到:

    for i, v in enumerate([‘tic’, ‘tac’, ‘toe’]):
    … print(i, v)

    0 tic
    1 tac
    2 toe
    同时遍历两个或更多的序列,可以使用 zip() 组合:

    questions = [‘name’, ‘quest’, ‘favorite color’]
    answers = [‘lancelot’, ‘the holy grail’, ‘blue’]
    for q, a in zip(questions, answers):
    … print(‘What is your {0}? It is {1}.’.format(q, a))

    What is your name? It is lancelot.
    What is your quest? It is the holy grail.
    What is your favorite color? It is blue.
    要反向遍历一个序列,首先指定这个序列,然后调用 reversed() 函数:

    for i in reversed(range(1, 10, 2)):
    … print(i)

    9
    7
    5
    3
    1
    要按顺序遍历一个序列,使用 sorted() 函数返回一个已排序的序列,并不修改原值:

    basket = [‘apple’, ‘orange’, ‘apple’, ‘pear’, ‘orange’, ‘banana’]
    for f in sorted(set(basket)):
    … print(f)

    apple
    banana
    orange
    pear

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