Python的xiao习10-基础知识7,dict&set

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dict


Python内置字典:dict的支持,dict全称dictionary,在其他语言中也称为map,使用键-值(key-value)存储,具有极快的查找速度。

举个例子,假设要根据同学的名字查找对应的成绩,如果用list实现,需要两个list,list中下标相同的两个元素表示同一个人的姓名,成绩:

names = ['张三','李四','王五']
scores = [100,85,99]

如果这个时候我们想查询张三的成绩
首先要查到他的在names中的下表是几,再从scores中获取下表相同的元素。
这两个list存放内容越多,所消耗的时间越长

如果用dict实现,只需要一个“名字”-“成绩”的对照表,直接根据名字查找成绩,无论这个表有多大,查找速度都不会变慢。用Python写一个dict如下:

d = {'张三': 100, '李四': 85, '王五': 99}
print (d['张三'])  #输出结果 100

为什么dict查找速度这么快?
因为dict的实现原理和查字典是一样的。假设字典包含了1万个汉字,我们要查某一个字.
一种办法是把字典从第一页往后翻,直到找到我们想要的字为止,这种方法就是在list中查找元素的方法,list越大,查找越慢。

第二种方法是先在字典的索引表里(比如部首表)查这个字对应的页码,然后直接翻到该页,找到这个字。无论找哪个字,这种查找速度都非常快,不会随着字典大小的增加而变慢。 dict就是第二种实现方式,给定一个名字,比如'张三',dict在内部就可以直接计算出张三对应的存放成绩的“页码”,也就是100这个数字存放的内存地址,直接取出来,所以速度非常快。

这种key-value存储方式,在放进去的时候,必须根据key算出value的存放位置,这样,取的时候才能根据key直接拿到value。

增加

把数据放入dict的方法,除了初始化时指定外,还可以通过key放入:

d['赵六'] = 67
print(d['赵六'])  #输出结果:67

修改

由于一个key只能对应一个value,所以,多次对一个key放入value,后面的值会把前面的值覆盖

d['赵六'] = 67
print(d['赵六'])  #输出结果:67
d['赵六'] = 97
print(d['赵六'])  #输出结果:97

查看

如果key不存在,dict就会报错:

d['王小二']
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: '王小二'

要避免key不存在的错误,有两种办法:

  1. 通过in判断key是否存在:
print('王小二' in d)  #输出结果:False
  1. 通过dict提供的get()方法,如果key不存在,可以返回None,或者自己指定的value:
d.get('王小二')  #输出结果:-1
d.get('王小二', -1)  #输出结果:-1
删除

要删除一个key,用pop(key)方法,对应的value也会从dict中删除:

d.pop('王五') 
print(d)#输出结果:{'张三': 100, '李四': 85}

请务必注意,dict内部存放的顺序和key放入的顺序是没有关系的。

和list比较,dict有以下几个特点:
    1.查找和插入的速度极快,不会随着key的增加而变慢;
    2.需要占用大量的内存,内存浪费多。
而list相反:
    1.查找和插入的时间随着元素的增加而增加;
    2.占用空间小,浪费内存很少。
所以,dict是用空间来换取时间的一种方法。

dict可以用在需要高速查找的很多地方,在Python代码中几乎无处不在,正确使用dict非常重要,需要牢记的第一条就是dict的key必须是不可变对象。

这是因为dict根据key来计算value的存储位置,如果每次计算相同的key得出的结果不同,那dict内部就完全混乱了。这个通过key计算位置的算法称为哈希算法(Hash)。
要保证hash的正确性,作为key的对象就不能变。在Python中,字符串、整数等都是不可变的,因此,可以放心地作为key。而list是可变的,就不能作为key:

d = {'张三': 100, '李四': 85, '王五': 99}
list01 = [123,1234]
d[list01]="这是个list"

Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unhashable type: 'list'

set


set和dict类似,也是一组key的集合,但不存储value。由于key不能重复,所以,在set中,没有重复的key。 要创建一个set,需要提供一个list作为输入集合:

s = set([1, 2, 3])
print(s)  #输出结果:{1, 2, 3}

注意,传入的参数[1, 2, 3]是一个list,而显示的{1, 2,3}只是告诉你这个set内部有1,2,3这3个元素,显示的顺序也不表示set是有序的。

重复元素在set中自动被过滤:

s = set([1, 1, 2, 2, 3, 3])
print(s)  #输出结果:{1, 2, 3}
添加

通过add(key)方法可以添加元素到set中,可以重复添加,但不会有效果:

s.add(4)
print(s) #输出结果: {1, 2, 3, 4}
s.add(4)
print(s) #输出结果:{1, 2, 3, 4}
删除

通过remove(key)方法可以删除元素:

s.remove(4)
print(s) #输出结果:{1, 2, 3}

set可以看成数学意义上的无序和无重复元素的集合,因此,两个set可以做数学意义上的交集、并集等操作:

s1 = set([1, 2, 3])
s2 = set([2, 3, 4])
print(s1 & s2) #输出结果:{2, 3}
print(s1 | s2) #输出结果:{1, 2, 3, 4}

set和dict的唯一区别仅在于没有存储对应的value,但是,set的原理和dict一样,所以,同样不可以放入可变对象,因为无法判断两个可变对象是否相等,也就无法保证set内部“不会有重复元素”。试试把list放入set,看看是否会报错。

不可变对象

上面我们讲了,str是不变对象,而list是可变对象。

对于可变对象,比如list,对list进行操作,list内部的内容是会变化的,比如:

a = ['c', 'b', 'a']
a.sort()
print(a) #输出结果:['a', 'b', 'c']

而对于不可变对象,比如str,对str进行操作呢:

a = 'abc'
a.replace('a', 'A') #把‘a’替换成‘A’
print(a) #输出结果:'abc'

虽然字符串有个replace()方法,也确实变出了'Abc',但变量a最后仍是'abc',应该怎么理解呢?

我们先把代码改成下面这样:

a = 'abc'
b = a.replace('a', 'A')
print(b) #输出结果:'Abc'
print(a) #输出结果:'abc'

要始终牢记的是,a是变量,而'abc'才是字符串对象!有些时候,我们经常说,对象a的内容是'abc',但其实是指,a本身是一个变量,它指向的对象的内容才是'abc':

当我们调用a.replace('a', 'A')时,实际上调用方法replace是作用在字符串对象'abc'上的,而这个方法虽然名字叫replace,但却没有改变字符串'abc'的内容。相反,replace方法创建了一个新字符串'Abc'并返回,如果我们用变量b指向该新字符串,就容易理解了,变量a仍指向原有的字符串'abc',但变量b却指向新字符串'Abc'了:

所以,对于不变对象来说,调用对象自身的任意方法,也不会改变该对象自身的内容。相反,这些方法会创建新的对象并返回,这样,就保证了不可变对象本身永远是不可变的。

小结


  1. dict key - value 存储结构,key唯一,value可以是任意类型,创建相同key的内容,后者覆盖前者 这种存储结构在Python中经常使用,选择不可变对象作为key很重要,最常用的key是字符串。
语法:d = {'张三': 100, '李四': 85, '王五': 99}
  1. set set和dict类似,也是一组key的集合,但不存储value。由于key不能重复,所以,在set中,没有重复的key。 要创建一个set,需要提供一个list作为输入集合
语法:s = set(['100','85','99'])