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Python教程-数据结构

本系列为作者在官网学习python时做的笔记,详见python官网

python标准库官方文档,查阅标准库相关的内容

python语言参考,查看python语法,该文档是简洁的,但试图做到准确和完整。非必要的内建对象类型和内建函数、模块的语义描述在 Python 标准库 中。

标准库和语言参考涵盖了python的所有内容,他们是互补的,如果在语言参考中没有找到需要的内容那么就一定在便准库文档中。

列表的更多特性

列表数据类型还有很多的方法。这里是列表对象方法的清单:

list.append(x) 在列表的末尾添加一个元素。相当于 a[len(a):] = [x] 。

list.extend(iterable) 使用可迭代对象中的所有元素来扩展列表。相当于 a[len(a):] = iterable 。

list.insert(i, x) 在给定的位置插入一个元素。第一个参数是要插入的元素的索引,所以 a.insert(0, x) 插入列表头部, a.insert(len(a), x) 等同于 a.append(x) 。

list.remove(x)移除列表中第一个值为 x 的元素。如果没有这样的元素,则抛出 ValueError 异常。

list.pop([i])删除列表中给定位置的元素并返回它。如果没有给定位置,a.pop() 将会删除并返回列表中的最后一个元素。( 方法签名中 i 两边的方括号表示这个参数是可选的,而不是要你输入方括号。你会在 Python 参考库中经常看到这种表示方法)。

list.clear()移除列表中的所有元素。等价于del a[:]

list.index(x[, start[, end]])返回列表中第一个值为 x 的元素的从零开始的索引。如果没有这样的元素将会抛出 ValueError 异常。可选参数 start 和 end 是切片符号,用于将搜索限制为列表的特定子序列。返回的索引是相对于整个序列的开始计算的,而不是 start 参数。

list.count(x)返回元素 x 在列表中出现的次数。

list.sort(*, key=None, reverse=False)对列表中的元素进行排序(key参数可用于自定义排序,它的值应该为一个接收item,并返回一个可比较值的函数)。

list.reverse() 翻转列表中的元素。

list.copy() 返回列表的一个浅拷贝,等价于 a[:]。

修改列表的方法返回默认值 None 。这是Python中所有可变数据结构的设计原则。

不同类型的数据的列表可能无法排序。 例如,[None, ‘hello’, 10] 就不可排序,因为整数不能与字符串比较,而 None 不能与其他类型比较。 并且还存在一些没有定义顺序关系的类型。 例如,3+4j < 5+7j 就不是一个合法的比较。

列表作为栈使用

append()添加一个元素到堆栈的顶端

pop()从堆栈顶部取出一个元素

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>>> stack = [3, 4, 5]
>>> stack.append(6)
>>> stack.append(7)
>>> stack
[3, 4, 5, 6, 7]
>>> stack.pop()
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>>> stack
[3, 4, 5, 6]
>>> stack.pop()
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>>> stack.pop()
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>>> stack
[3, 4]

列表作为队列使用

在列表的末尾添加和弹出元素非常快,在列表的开头插入或弹出元素却很慢,因为所有的其他元素都必须移动一位

列表用作队列相当低效

可使用 collections.deque,它可以快速地从两端添加或弹出元素

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>>> 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

列表推导式可以节约循环变量的内存空间

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squares = list(map(lambda x: x**2, range(10)))

squares = [x**2 for x in range(10)]

上面这种写法更加简洁易读。

列表推导式的结构是由一对方括号所包含的以下内容:一个表达式,后面跟一个 for 子句,然后是零个或多个 for 或 if 子句。 其结果将是一个新列表,由对表达式依据后面的 for 和 if 子句的内容进行求值计算而得出。 举例来说,以下列表推导式会将两个列表中不相等的元素组合起来:

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>>> [(x, y) for x in [1,2,3] for y in [3,1,4] if x != y]
[(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 1), (2, 4), (3, 1), (3, 4)]

而它等价于

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>>> combs = []
>>> for x in [1,2,3]:
...     for y in [3,1,4]:
...         if x != y:
...             combs.append((x, y))
...
>>> combs
[(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 1), (2, 4), (3, 1), (3, 4)]

注意在上面两个代码片段中, for 和 if 的顺序是相同的。

如果表达式是一个元组(例如上面的 (x, y)),那么就必须加上括号

列表推导式可以使用复杂的表达式和嵌套函数

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>>> from math import pi
>>> [str(round(pi, i)) for i in range(1, 6)]
['3.1', '3.14', '3.142', '3.1416', '3.14159']

嵌套的列表推导式

列表推导式中的初始表达式可以是任何表达式,包括另一个列表推导式,这种情况下从外面开始往里面读来理解这个列表推导式

考虑下面这个 3x4的矩阵,它由3个长度为4的列表组成

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>>> matrix = [
...     [1, 2, 3, 4],
...     [5, 6, 7, 8],
...     [9, 10, 11, 12],
... ]

下面的列表推导式将交换其行和列

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>>> [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]
[[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

如上节所示,嵌套的列表推导式是基于跟随其后的 for 进行求值的,所以这个例子等价于:

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>>> 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]]

反过来说,也等价于

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>>> 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]]

实际应用中,你应该会更喜欢使用内置函数去组成复杂的流程语句。 zip() 函数将会很好地处理这种情况

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>>> list(zip(*matrix))
[(1, 5, 9), (2, 6, 10), (3, 7, 11), (4, 8, 12)]

del 语句

del 语句从列表中移除元素,切片或者清空整个列表(等同将一个空列表赋值给指定的切片)。 例如:

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>>> 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
[]

del 也可以删除整个变量

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>>> del a

此后再引用 a 时会报错(直到另一个值被赋给它)。

元组和序列

我们看到列表和字符串有很多共同特性,例如索引和切片操作。他们是 序列 数据类型(list, tuple, range)中的两种。

一个元组由几个被逗号隔开的值组成,例如

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>>> 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))
>>> # Tuples are immutable:
... t[0] = 88888
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> # but they can contain mutable objects:
... v = ([1, 2, 3], [3, 2, 1])
>>> v
([1, 2, 3], [3, 2, 1])

元组在输出时总是被圆括号包围的。输入时圆括号可有可无,嵌套在其他序列的元组必须有括号。不能修改元组指向的对象,但是元组的可变对象可以进行修改。

元组是 immutable ,其序列通常包含不同种类的元素,通过解包或者索引来访问( namedtuples 可以通过属性访问)。

空元组可以直接被一对空圆括号创建,含有一个元素的元组可以通过在这个元素后添加一个逗号来构建(圆括号里只有一个值的话不够明确)

元组打包和序列解包

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# 元组打包
t = 12345, 54321, 'hello!'

# 序列解包
x, y, z = t

解包操作的右侧可以是任何序列。序列解包要求等号左侧的变量数与右侧序列里所含的元素数相同。

多重赋值其实也只是元组打包和序列解包的组合。

小白学视觉 下划线在 Python 中的特殊含义

可以通过赋值给_来忽略某些值

集合

集合是由不重复元素组成的无序的集。可用于成员检测和消除重复元素。集合对象也支持像 联合,交集,差集,对称差分等数学运算。

花括号或 set() 函数可以用来创建集合。

创建一个空集合你只能用 set() 而不能用 {},后者是创建一个空字典。

集合也支持推导式形式

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>>> a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
>>> a
{'r', 'd'}

以下是一些简单的示例

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>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
>>> print(basket)                      # show that duplicates have been removed
{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
>>> 'orange' in basket                 # fast membership testing
True
>>> 'crabgrass' in basket
False

>>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words
...
>>> a = set('abracadabra')
>>> b = set('alacazam')
>>> a                                  # unique letters in a
{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
>>> a - b                              # letters in a but not in b
{'r', 'd', 'b'}
>>> a | b                              # letters in a or b or both
{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
>>> a & b                              # letters in both a and b
{'a', 'c'}
>>> a ^ b                              # letters in a or b but not both
{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

add方法添加元素

字典

字典

字典是以 key关键字 为索引的,关键字可以是任意不可变类型,通常是字符串或数字。如果一个元组只包含字符串、数字或元组,那么这个元组也可以用作关键字。但如果元组直接或间接地包含了可变对象,那么它就不能用作关键字。

字典是一个 键: 值 对的集合,键必须是唯一的(在一个字典中)。

一对花括号可以创建一个空字典:{} 。可以放置一些以逗号分隔的键值对进行初始化。

可以用 del 语句来删除一个键值对。使用已经存在的关键字来存储值,会替换这个键的旧值。用不存在的键来取值则会报错。

对字典d执行 list(d) 将返回包含该字典中所有键的列表,按插入次序排列 (如需其他排序,则要使用 sorted(d))。

in 关键字检查字典中是否存在一个特定键。

以下是使用字典的一些简单示例

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>>> tel = {'jack': 4098, 'sape': 4139}
>>> tel['guido'] = 4127
>>> tel
{'jack': 4098, 'sape': 4139, 'guido': 4127}
>>> tel['jack']
4098
>>> del tel['sape']
>>> tel['irv'] = 4127
>>> tel
{'jack': 4098, 'guido': 4127, 'irv': 4127}
>>> list(tel)
['jack', 'guido', 'irv']
>>> sorted(tel)
['guido', 'irv', 'jack']
>>> 'guido' in tel
True
>>> 'jack' not in tel
False

dict() 构造函数可以直接从键值对序列里创建字典。

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>>> dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)])
{'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098}

字典推导式可以从任意的键值表达式中创建字典

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>>> {x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
{2: 4, 4: 16, 6: 36}

当关键字是简单字符串时,直接通过关键字参数来指定键值对

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>>> dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098)
{'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098}

循环的技巧

items() 方法可将关键字和对应的值同时取出

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

enumerate() 函数可以将索引位置和其对应的值同时取出

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>>> for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):
...     print(i, v)
...
0 tic
1 tac
2 toe

当同时在两个或更多序列中循环时,可以用 zip() 函数将其内元素一一匹配。

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>>> 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.

如果要逆向循环一个序列,可以先正向定位序列,然后调用 reversed() 函数

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>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)):
...     print(i)
...
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如果要按某个指定顺序循环一个序列,可以用 sorted() 函数,它可以在不改动原序列的基础上返回一个新的排好序的序列

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>>> basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana']
>>> for f in sorted(set(basket)):
...     print(f)
...
apple
banana
orange
pear

有时可能会想在循环时修改列表内容,一般来说改为创建一个新列表是比较简单且安全的

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>>> import math
>>> raw_data = [56.2, float('NaN'), 51.7, 55.3, 52.5, float('NaN'), 47.8]
>>> filtered_data = []
>>> for value in raw_data:
...     if not math.isnan(value):
...         filtered_data.append(value)
...
>>> filtered_data
[56.2, 51.7, 55.3, 52.5, 47.8]

深入条件控制

while 和 if 条件句中可以使用任意操作,而不仅仅是比较操作。

比较操作符 in 和 not in 校验一个值是否在(或不在)一个序列里。

操作符 is 和 is not 比较两个对象是不是同一个对象。

所有的比较操作符都有相同的优先级,且这个优先级比数值运算符低。

比较操作可以传递。例如 a < b == c 会校验是否 a 小于 b 并且 b 等于 c。

比较操作可以通过布尔运算符 and 和 or 来组合,并且比较操作(或其他任何布尔运算)的结果都可以用 not 来取反。这些操作符的优先级低于比较操作符;在它们之中,not 优先级最高, or 优先级最低。

布尔运算符 and 和 or 也被称为 短路 运算符:它们的参数从左至右解析,一旦可以确定结果解析就会停止。

可以把比较操作或者逻辑表达式的结果赋值给一个变量,这个值不一定是bool类型例如

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>>> string1, string2, string3 = '', 'Trondheim', 'Hammer Dance'
>>> non_null = string1 or string2 or string3
>>> non_null
'Trondheim'

在表达式内部赋值必须显式地使用 海象运算符 := 来完成。 这避免了 C 程序中常见的一种问题:想要在表达式中写 == 时却写成了 =。

比较序列和其他类型

序列对象通常可以与相同序列类型的其他对象比较。

字典式顺序进行比较,首先比较开头的两个对应元素,如果两者不相等则比较结果就由此确定;如果两者相等则比较之后的两个元素,以此类推,直到有一个序列被耗尽。

如果两个序列中所有的对应元素都相等,则两个序列也将被视为相等。

如果一个序列是另一个的初始子序列,则较短的序列就被视为较小(较少)。 对于字符串来说,字典式顺序是使用 Unicode 码位序号对单个字符排序。 下面是一些相同类型序列之间比较的例子:

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(1, 2, 3)              < (1, 2, 4)
[1, 2, 3]              < [1, 2, 4]
'ABC' < 'C' < 'Pascal' < 'Python'
(1, 2, 3, 4)           < (1, 2, 4)
(1, 2)                 < (1, 2, -1)
(1, 2, 3)             == (1.0, 2.0, 3.0)
(1, 2, ('aa', 'ab'))   < (1, 2, ('abc', 'a'), 4)

注意对不同类型对象来说,只要待比较对象提供了合适的比较方法,就可以使用 < 和 > 来比较。例如,混合数值类型是通过他们的数值进行比较的,所以 0 等于 0.0,等等。否则,解释器将抛出一个 TypeError 异常,而不是随便给出一个结果。

合并两个相同的数据结构

  1. 使用构造符号和解构写法比如
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a={**b,**c}

浅拷贝,a,b,c为互相无关的变量

  1. 使用update方法
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a.update(b)

也是浅拷贝,将b中的元素拷贝到a中,a,b为互相无关的变量

  1. 当合并两个dict,同键的值相加
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dict1 = {'a': 1, 'b': 2}
dict2 = {'a': 8, 'c': 3}
for key, value in dict2.items():
    if key in dict1:
        dict1[key] += value
    else:
        dict1[key] = value
print(dict1)

将元组和列表的元素拼接为字符串

C语言中文网

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",".join(l)

去重

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l=list(set(l))

求差

在A中没在B中

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ans = [i for i in listA if i in listB]

也可以用集合运算

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ans = list(set(listB).difference(set(listA)))
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