使用 dict

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dict

Python 内置了字典: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:

names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy'] 
scores = [95, 75, 85] 

给定一个名字,要查找对应的成绩,就先要在 names 中找到对应的位置,再从 scores 取出对应的成绩,list 越长,耗时越长。

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 = {'Michael': 95, 'Bob': 75, 'Tracy': 85} 
>>> d['Michael'] 
95 

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,一个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'Michael',dict 在内部就可以直接计算出 Michael 对应的存放成绩的“页码”,也就是 95 这个数字存放的内存地址,直接取出来,所以速度非常快。

你可以猜到,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。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['Adam'] = 67 
>>> d['Adam'] 
67 

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冲掉:

>>> d['Jack'] = 90 
>>> d['Jack'] 
90 
>>> d['Jack'] = 88 
>>> d['Jack'] 
88 

如果 key 不存在,dict 就会报错:

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

要避免 key 不存在的错误,有两种办法,一是通过 in 判断 key 是否存在:

>>> 'Thomas' in d 
False 

二是通过 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('Thomas') 
>>> d.get('Thomas', -1) 
-1 

注意:返回 None 的时候 Python 的交互式命令行不显示结果。要删除一个 key,用 pop(key)方法,对应的 value 也会从 dict 中删除:

>>> d.pop('Bob') 
75 
>>> d 
{'Michael': 95, 'Tracy': 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 的增加而增加;

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:

>>> key = [1, 2, 3] 
>>> d[key] = 'a list' 
Traceback (most recent call last): 
File "<stdin>", line 1, in <module> 
TypeError: unhashable type: 'list'