python入门教程之五数据结构

2023-05-13,,

变量

Python 变量类型

变量存储在内存中的值,这就意味着在创建变量时会在内存中开辟一个空间。

基于变量的数据类型,解释器会分配指定内存,并决定什么数据可以被存储在内存中。

因此,变量可以指定不同的数据类型,这些变量可以存储整数,小数或字符。

变量赋值

Python 中的变量赋值不需要类型声明。

每个变量在内存中创建,都包括变量的标识,名称和数据这些信息。

每个变量在使用前都必须赋值,变量赋值以后该变量才会被创建。

等号 = 用来给变量赋值。

等号 = 运算符左边是一个变量名,等号 = 运算符右边是存储在变量中的值。例如:

实例(Python 2.0+)

!/usr/bin/python

-- coding: UTF-8 --

counter = 100 # 赋值整型变量

miles = 1000.0 # 浮点型

name = "John" # 字符串

print counter

print miles

print name

运行实例 »

以上实例中,100,1000.0和"John"分别赋值给counter,miles,name变量。

执行以上程序会输出如下结果:

100

1000.0

John

多个变量赋值

Python允许你同时为多个变量赋值。例如:

a = b = c = 1

以上实例,创建一个整型对象,值为1,三个变量被分配到相同的内存空间上。

您也可以为多个对象指定多个变量。例如:

a, b, c = 1, 2, "john"

以上实例,两个整型对象 1 和 2 分别分配给变量 a 和 b,字符串对象 "john" 分配给变量 c。

标准数据类型

在内存中存储的数据可以有多种类型。

例如,一个人的年龄可以用数字来存储,他的名字可以用字符来存储。

Python 定义了一些标准类型,用于存储各种类型的数据。

Python有五个标准的数据类型:

Numbers(数字)

String(字符串)

List(列表)

Tuple(元组)

Dictionary(字典)

编码

字符编码

我们已经讲过了,字符串也是一种数据类型,但是,字符串比较特殊的是还有一个编码问题。

因为计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是255(二进制11111111=十进制255),如果要表示更大的整数,就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是65535,4个字节可以表示的最大整数是4294967295。

由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有127个字符被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII编码,比如大写字母A的编码是65,小写字母z的编码是122。

但是要处理中文显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。

你可以想得到的是,全世界有上百种语言,日本把日文编到Shift_JIS里,韩国把韩文编到Euc-kr里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本中,显示出来会有乱码。

因此,Unicode字符集应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。

Unicode标准也在不断发展,但最常用的是UCS-16编码,用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。

现在,捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别:ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节。

字母A用ASCII编码是十进制的65,二进制的01000001;

字符0用ASCII编码是十进制的48,二进制的00110000,注意字符'0'和整数0是不同的;

汉字中已经超出了ASCII编码的范围,用Unicode编码是十进制的20013,二进制的01001110 00101101。

你可以猜测,如果把ASCII编码的A用Unicode编码,只需要在前面补0就可以,因此,A的Unicode编码是00000000 01000001。

新的问题又出现了:如果统一成Unicode编码,乱码问题从此消失了。但是,如果你写的文本基本上全部是英文的话,用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间,在存储和传输上就十分不划算。

所以,本着节约的精神,又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的UTF-8编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节,常用的英文字母被编码成1个字节,汉字通常是3个字节,只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符,用UTF-8编码就能节省空间:

字符 ASCII Unicode UTF-8

A 01000001 00000000 01000001 01000001

中 x 01001110 00101101 11100100 10111000 10101101

从上面的表格还可以发现,UTF-8编码有一个额外的好处,就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分,所以,大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。

搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系,我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式:

在计算机内存中,统一使用Unicode编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换为UTF-8编码。

用记事本编辑的时候,从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里,编辑完成后,保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件:

Python的字符串

搞清楚了令人头疼的字符编码问题后,我们再来研究Python的字符串。

在最新的Python 3版本中,字符串是以Unicode编码的,也就是说,Python的字符串支持多语言,例如:

print('包含中文的str')

包含中文的str

对于单个字符的编码,Python提供了ord()函数获取字符的整数表示,chr()函数把编码转换为对应的字符:

ord('A')

65

ord('中')

20013

chr(66)

'B'

chr(25991)

'文'

如果知道字符的整数编码,还可以用十六进制这么写str:

'\u4e2d\u6587'

'中文'

两种写法完全是等价的。

由于Python的字符串类型是str,在内存中以Unicode表示,一个字符对应若干个字节。如果要在网络上传输,或者保存到磁盘上,就需要把str变为以字节为单位的bytes。

Python对bytes类型的数据用带b前缀的单引号或双引号表示:

x = b'ABC'

要注意区分'ABC'和b'ABC',前者是str,后者虽然内容显示得和前者一样,但bytes的每个字符都只占用一个字节。

以Unicode表示的str通过encode()方法可以编码为指定的bytes,例如:

'ABC'.encode('ascii')

b'ABC'

'中文'.encode('utf-8')

b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'

'中文'.encode('ascii')

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

纯英文的str可以用ASCII编码为bytes,内容是一样的,含有中文的str可以用UTF-8编码为bytes。含有中文的str无法用ASCII编码,因为中文编码的范围超过了ASCII编码的范围,Python会报错。

在bytes中,无法显示为ASCII字符的字节,用\x##显示。

反过来,如果我们从网络或磁盘上读取了字节流,那么读到的数据就是bytes。要把bytes变为str,就需要用decode()方法:

b'ABC'.decode('ascii')

'ABC'

b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')

'中文'

如果bytes中包含无法解码的字节,decode()方法会报错:

b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8')

Traceback (most recent call last):

...

UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xff in position 3: invalid start byte

如果bytes中只有一小部分无效的字节,可以传入errors='ignore'忽略错误的字节:

b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8', errors='ignore')

'中'

要计算str包含多少个字符,可以用len()函数:

len('ABC')

3

len('中文')

2

len()函数计算的是str的字符数,如果换成bytes,len()函数就计算字节数:

len(b'ABC')

3

len(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')

6

len('中文'.encode('utf-8'))

6

可见,1个中文字符经过UTF-8编码后通常会占用3个字节,而1个英文字符只占用1个字节。

在操作字符串时,我们经常遇到str和bytes的互相转换。为了避免乱码问题,应当始终坚持使用UTF-8编码对str和bytes进行转换。

由于Python源代码也是一个文本文件,所以,当你的源代码中包含中文的时候,在保存源代码时,就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时,为了让它按UTF-8编码读取,我们通常在文件开头写上这两行:

重点:

->#!/usr/bin/env python3

--># -- coding: utf-8 --

第一行注释是为了告诉Linux/OS X系统,这是一个Python可执行程序,Windows系统会忽略这个注释;

第二行注释是为了告诉Python解释器,按照UTF-8编码读取源代码,否则,你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。

申明了UTF-8编码并不意味着你的.py文件就是UTF-8编码的,必须并且要确保文本编辑器正在使用UTF-8 without BOM编码

格式化

最后一个常见的问题是如何输出格式化的字符串。我们经常会输出类似'亲爱的xxx你好!你xx月的话费是xx,余额是xx'之类的字符串,而xxx的内容都是根据变量变化的,所以,需要一种简便的格式化字符串的方式。

py-str-format

在Python中,采用的格式化方式和C语言是一致的,用%实现,举例如下:

'Hello, %s' % 'world'

'Hello, world'

'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000)

'Hi, Michael, you have $1000000.'

你可能猜到了,%运算符就是用来格式化字符串的。在字符串内部,%s表示用字符串替换,%d表示用整数替换,有几个%?占位符,后面就跟几个变量或者值,顺序要对应好。如果只有一个%?,括号可以省略。

常见的占位符有:

占位符 替换内容

%d 整数

%f 浮点数

%s 字符串

%x 十六进制整数

其中,格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数:

--># -- coding: utf-8 --

print('%2d-%02d' % (3, 1))

print('%.2f' % 3.1415926)

如果你不太确定应该用什么,%s永远起作用,它会把任何数据类型转换为字符串:

'Age: %s. Gender: %s' % (25, True)

'Age: 25. Gender: True'

有些时候,字符串里面的%是一个普通字符怎么办?这个时候就需要转义,用%%来表示一个%:

'growth rate: %d %%' % 7

'growth rate: 7 %'

format()

另一种格式化字符串的方法是使用字符串的format()方法,它会用传入的参数依次替换字符串内的占位符{0}、{1}……,不过这种方式写起来比%要麻烦得多:

'Hello, {0}, 成绩提升了 {1:.1f}%'.format('小明', 17.125)

'Hello, 小明, 成绩提升了 17.1%'

f-string

最后一种格式化字符串的方法是使用以f开头的字符串,称之为f-string,它和普通字符串不同之处在于,字符串如果包含{xxx},就会以对应的变量替换:

r = 2.5

s = 3.14 * r ** 2

print(f'The area of a circle with radius {r} is {s:.2f}')

The area of a circle with radius 2.5 is 19.62

上述代码中,{r}被变量r的值替换,{s:.2f}被变量s的值替换,并且:后面的.2f指定了格式化参数(即保留两位小数),因此,{s:.2f}的替换结果是19.62。

数字

计算机顾名思义就是可以做数学计算的机器,因此,计算机程序理所当然地可以处理各种数值。但是,计算机能处理的远不止数值,还可以处理文本、图形、音频、视频、网页等各种各样的数据,不同的数据,需要定义不同的数据类型。在Python中,能够直接处理的数据类型有以下几种:

整数

Python可以处理任意大小的整数,当然包括负整数,在程序中的表示方法和数学上的写法一模一样,例如:1,100,-8080,0,等等。

计算机由于使用二进制,所以,有时候用十六进制表示整数比较方便,十六进制用0x前缀和0-9,a-f表示,例如:0xff00,0xa5b4c3d2,等等。

对于很大的数,例如10000000000,很难数清楚0的个数。Python允许在数字中间以_分隔,因此,写成10_000_000_000和10000000000是完全一样的。十六进制数也可以写成0xa1b2_c3d4。

浮点数

浮点数也就是小数,之所以称为浮点数,是因为按照科学记数法表示时,一个浮点数的小数点位置是可变的,比如,1.23x109和12.3x108是完全相等的。浮点数可以用数学写法,如1.23,3.14,-9.01,等等。但是对于很大或很小的浮点数,就必须用科学计数法表示,把10用e替代,1.23x109就是1.23e9,或者12.3e8,0.000012可以写成1.2e-5,等等。

整数和浮点数在计算机内部存储的方式是不同的,整数运算永远是精确的(除法难道也是精确的?是的!),而浮点数运算则可能会有四舍五入的误差。

字符串

字符串是以单引号'或双引号"括起来的任意文本,比如'abc',"xyz"等等。请注意,''或""本身只是一种表示方式,不是字符串的一部分,因此,字符串'abc'只有a,b,c这3个字符。如果'本身也是一个字符,那就可以用""括起来,比如"I'm OK"包含的字符是I,',m,空格,O,K这6个字符。

如果字符串内部既包含'又包含"怎么办?可以用转义字符\来标识,比如:

'I'm "OK"!'

表示的字符串内容是:

I'm "OK"!

转义字符\可以转义很多字符,比如\n表示换行,\t表示制表符,字符\本身也要转义,所以\表示的字符就是\,可以在Python的交互式命令行用print()打印字符串看看:

print('I'm ok.')

I'm ok.

print('I'm learning\nPython.')

I'm learning

Python.

print('\\n\')

如果字符串里面有很多字符都需要转义,就需要加很多\,为了简化,Python还允许用r''表示''内部的字符串默认不转义,可以自己试试:

print('\\t\')

\

print(r'\\t\')

\\t\

如果字符串内部有很多换行,用\n写在一行里不好阅读,为了简化,Python允许用'''...'''的格式表示多行内容,可以自己试试:

print('''line1

... line2

... line3''')

line1

line2

line3

上面是在交互式命令行内输入,注意在输入多行内容时,提示符由>>>变为...,提示你可以接着上一行输入,注意...是提示符,不是代码的一部分:

┌────────────────────────────────────────────────────────┐

│Command Prompt - python _ □ x │

├────────────────────────────────────────────────────────┤

│>>> print('''line1 │

│... line2 │

│... line3''') │

│line1 │

│line2 │

│line3 │

│ │

│>>> _ │

│ │

│ │

│ │

└────────────────────────────────────────────────────────┘

当输入完结束符```和括号)后,执行该语句并打印结果。

如果写成程序并存为.py文件,就是:

print('''line1

line2

line3''')

多行字符串'''...'''还可以在前面加上r使用,请自行测试:

-- coding: utf-8 --

print(r'''hello,\n

world''')

Run

布尔值

布尔值和布尔代数的表示完全一致,一个布尔值只有True、False两种值,要么是True,要么是False,在Python中,可以直接用True、False表示布尔值(请注意大小写),也可以通过布尔运算计算出来:

True

True

False

False

3 > 2

True

3 > 5

False

布尔值可以用and、or和not运算。

and运算是与运算,只有所有都为True,and运算结果才是True:

True and True

True

True and False

False

False and False

False

5 > 3 and 3 > 1

True

or运算是或运算,只要其中有一个为True,or运算结果就是True:

True or True

True

True or False

True

False or False

False

5 > 3 or 1 > 3

True

not运算是非运算,它是一个单目运算符,把True变成False,False变成True:

not True

False

not False

True

not 1 > 2

True

布尔值经常用在条件判断中,比如:

if age >= 18:

print('adult')

else:

print('teenager')

空值

空值是Python里一个特殊的值,用None表示。None不能理解为0,因为0是有意义的,而None是一个特殊的空值。

此外,Python还提供了列表、字典等多种数据类型,还允许创建自定义数据类型,我们后面会继续讲到。

变量

变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的,只是在计算机程序中,变量不仅可以是数字,还可以是任意数据类型。

变量在程序中就是用一个变量名表示了,变量名必须是大小写英文、数字和_的组合,且不能用数字开头,比如:

a = 1

变量a是一个整数。

t_007 = 'T007'

变量t_007是一个字符串。

Answer = True

变量Answer是一个布尔值True。

在Python中,等号=是赋值语句,可以把任意数据类型赋值给变量,同一个变量可以反复赋值,而且可以是不同类型的变量,例如:

-- coding: utf-8 --

a = 123 # a是整数

print(a)

a = 'ABC' # a变为字符串

print(a)

Run

这种变量本身类型不固定的语言称之为动态语言,与之对应的是静态语言。静态语言在定义变量时必须指定变量类型,如果赋值的时候类型不匹配,就会报错。例如Java是静态语言,赋值语句如下(// 表示注释):

int a = 123; // a是整数类型变量

a = "ABC"; // 错误:不能把字符串赋给整型变量

和静态语言相比,动态语言更灵活,就是这个原因。

请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码:

x = 10

x = x + 2

如果从数学上理解x = x + 2那无论如何是不成立的,在程序中,赋值语句先计算右侧的表达式x + 2,得到结果12,再赋给变量x。由于x之前的值是10,重新赋值后,x的值变成12。

最后,理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写:

a = 'ABC'

时,Python解释器干了两件事情:

在内存中创建了一个'ABC'的字符串;

在内存中创建了一个名为a的变量,并把它指向'ABC'。

也可以把一个变量a赋值给另一个变量b,这个操作实际上是把变量b指向变量a所指向的数据,例如下面的代码:

--?# -- coding: utf-8 --

a = 'ABC'

b = a

a = 'XYZ'

print(b)

Run

最后一行打印出变量b的内容到底是'ABC'呢还是'XYZ'?如果从数学意义上理解,就会错误地得出b和a相同,也应该是'XYZ',但实际上b的值是'ABC',让我们一行一行地执行代码,就可以看到到底发生了什么事:

执行a = 'ABC',解释器创建了字符串'ABC'和变量a,并把a指向'ABC':

py-var-code-1

执行b = a,解释器创建了变量b,并把b指向a指向的字符串'ABC':

py-var-code-2

执行a = 'XYZ',解释器创建了字符串'XYZ',并把a的指向改为'XYZ',但b并没有更改:

py-var-code-3

所以,最后打印变量b的结果自然是'ABC'了。

常量

所谓常量就是不能变的变量,比如常用的数学常数π就是一个常量。在Python中,通常用全部大写的变量名表示常量:

PI = 3.14159265359

但事实上PI仍然是一个变量,Python根本没有任何机制保证PI不会被改变,所以,用全部大写的变量名表示常量只是一个习惯上的用法,如果你一定要改变变量PI的值,也没人能拦住你。

最后解释一下整数的除法为什么也是精确的。在Python中,有两种除法,一种除法是/:

10 / 3

3.3333333333333335

/除法计算结果是浮点数,即使是两个整数恰好整除,结果也是浮点数:

9 / 3

3.0

还有一种除法是//,称为地板除,两个整数的除法仍然是整数:

10 // 3

3

你没有看错,整数的地板除//永远是整数,即使除不尽。要做精确的除法,使用/就可以。

因为//除法只取结果的整数部分,所以Python还提供一个余数运算,可以得到两个整数相除的余数:

10 % 3

1

无论整数做//除法还是取余数,结果永远是整数,所以,整数运算结果永远是精确的。

练习

请打印出以下变量的值:

--># -- coding: utf-8 --

n = 123

f = 456.789

s1 = 'Hello, world'

s2 = 'Hello, 'Adam''

s3 = r'Hello, "Bart"'

s4 = r'''Hello,

Lisa!'''

Python支持四种不同的数字类型:

int(有符号整型)

long(长整型,也可以代表八进制和十六进制)

float(浮点型)

complex(复数)

实例

一些数值类型的实例:

int long float complex

10 51924361L 0.0 3.14j

100 -0x19323L 15.20 45.j

-786 0122L -21.9 9.322e-36j

080 0xDEFABCECBDAECBFBAEl 32.3e+18 .876j

-0490 535633629843L -90. -.6545+0J

-0x260 -052318172735L -32.54e100 3e+26J

0x69 -4721885298529L 70.2E-12 4.53e-7j

长整型也可以使用小写 l,但是还是建议您使用大写 L,避免与数字 1 混淆。Python使用 L 来显示长整型。

Python 还支持复数,复数由实数部分和虚数部分构成,可以用 a + bj,或者 complex(a,b) 表示, 复数的实部 a 和虚部 b 都是浮点型。

注意:long 类型只存在于 Python2.X 版本中,在 2.2 以后的版本中,int 类型数据溢出后会自动转为long类型。在 Python3.X 版本中 long 类型被移除,使用 int 替代。

list和tuple

list

Python内置的一种数据类型是列表:list。list是一种有序的集合,可以随时添加和删除其中的元素。

比如,列出班里所有同学的名字,就可以用一个list表示:

classmates = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']

classmates

['Michael', 'Bob', 'Tracy']

变量classmates就是一个list。用len()函数可以获得list元素的个数:

len(classmates)

3

用索引来访问list中每一个位置的元素,记得索引是从0开始的:

classmates[0]

'Michael'

classmates[1]

'Bob'

classmates[2]

'Tracy'

classmates[3]

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

IndexError: list index out of range

当索引超出了范围时,Python会报一个IndexError错误,所以,要确保索引不要越界,记得最后一个元素的索引是len(classmates) - 1。

如果要取最后一个元素,除了计算索引位置外,还可以用-1做索引,直接获取最后一个元素:

classmates[-1]

'Tracy'

以此类推,可以获取倒数第2个、倒数第3个:

classmates[-2]

'Bob'

classmates[-3]

'Michael'

classmates[-4]

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

IndexError: list index out of range

当然,倒数第4个就越界了。

list是一个可变的有序表,所以,可以往list中追加元素到末尾:

classmates.append('Adam')

classmates

['Michael', 'Bob', 'Tracy', 'Adam']

也可以把元素插入到指定的位置,比如索引号为1的位置:

classmates.insert(1, 'Jack')

classmates

['Michael', 'Jack', 'Bob', 'Tracy', 'Adam']

要删除list末尾的元素,用pop()方法:

classmates.pop()

'Adam'

classmates

['Michael', 'Jack', 'Bob', 'Tracy']

要删除指定位置的元素,用pop(i)方法,其中i是索引位置:

classmates.pop(1)

'Jack'

classmates

['Michael', 'Bob', 'Tracy']

要把某个元素替换成别的元素,可以直接赋值给对应的索引位置:

classmates[1] = 'Sarah'

classmates

['Michael', 'Sarah', 'Tracy']

list里面的元素的数据类型也可以不同,比如:

L = ['Apple', 123, True]

list元素也可以是另一个list,比如:

s = ['python', 'java', ['asp', 'php'], 'scheme']

len(s)

4

要注意s只有4个元素,其中s[2]又是一个list,如果拆开写就更容易理解了:

p = ['asp', 'php']

s = ['python', 'java', p, 'scheme']

要拿到'php'可以写p[1]或者s[2][1],因此s可以看成是一个二维数组,类似的还有三维、四维……数组,不过很少用到。

如果一个list中一个元素也没有,就是一个空的list,它的长度为0:

L = []

len(L)

0

tuple

另一种有序列表叫元组:tuple。tuple和list非常类似,但是tuple一旦初始化就不能修改,比如同样是列出同学的名字:

classmates = ('Michael', 'Bob', 'Tracy')

现在,classmates这个tuple不能变了,它也没有append(),insert()这样的方法。其他获取元素的方法和list是一样的,你可以正常地使用classmates[0],classmates[-1],但不能赋值成另外的元素。

不可变的tuple有什么意义?因为tuple不可变,所以代码更安全。如果可能,能用tuple代替list就尽量用tuple。

tuple的陷阱:当你定义一个tuple时,在定义的时候,tuple的元素就必须被确定下来,比如:

t = (1, 2)

t

(1, 2)

如果要定义一个空的tuple,可以写成():

t = ()

t

()

但是,要定义一个只有1个元素的tuple,如果你这么定义:

t = (1)

t

1

定义的不是tuple,是1这个数!这是因为括号()既可以表示tuple,又可以表示数学公式中的小括号,这就产生了歧义,因此,Python规定,这种情况下,按小括号进行计算,计算结果自然是1。

所以,只有1个元素的tuple定义时必须加一个逗号,,来消除歧义:

t = (1,)

t

(1,)

Python在显示只有1个元素的tuple时,也会加一个逗号,,以免你误解成数学计算意义上的括号。

最后来看一个“可变的”tuple:

t = ('a', 'b', ['A', 'B'])

t[2][0] = 'X'

t[2][1] = 'Y'

t

('a', 'b', ['X', 'Y'])

注意

列表比较需要转为集合来比较

set和我dict

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 "", line 1, in

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的交互环境不显示结果。

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:

查找和插入的速度极快,不会随着key的增加而变慢;

需要占用大量的内存,内存浪费多。

而list相反:

查找和插入的时间随着元素的增加而增加;

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 "", line 1, in

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])

s

{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])

s

{1, 2, 3}

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)

s

{1, 2, 3, 4}

s.add(4)

s

{1, 2, 3, 4}

通过remove(key)方法可以删除元素:

s.remove(4)

s

{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])

s1 & s2

{2, 3}

s1 | s2

{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。

再议不可变对象

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()

a

['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')

'Abc'

a

'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')

b

'Abc'

a

'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':

┌───┐ ┌───────┐

│ a │─────────────────>│ '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:

┌───┐ ┌───────┐

│ a │─────────────────>│ 'abc' │

└───┘ └───────┘

┌───┐ ┌───────┐

│ b │─────────────────>│ 'Abc' │

└───┘ └───────┘

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。

Python数据类型转换

有时候,我们需要对数据内置的类型进行转换,数据类型的转换,你只需要将数据类型作为函数名即可。

以下几个内置的函数可以执行数据类型之间的转换。这些函数返回一个新的对象,表示转换的值。

函数 描述

int(x [,base])

将x转换为一个整数

long(x [,base] )

将x转换为一个长整数

float(x)

将x转换到一个浮点数

complex(real [,imag])

创建一个复数

str(x)

将对象 x 转换为字符串

repr(x)

将对象 x 转换为表达式字符串

eval(str)

用来计算在字符串中的有效Python表达式,并返回一个对象

tuple(s)

将序列 s 转换为一个元组

list(s)

将序列 s 转换为一个列表

set(s)

转换为可变集合

dict(d)

创建一个字典。d 必须是一个序列 (key,value)元组。

frozenset(s)

转换为不可变集合

chr(x)

将一个整数转换为一个字符

unichr(x)

将一个整数转换为Unicode字符

ord(x)

将一个字符转换为它的整数值

hex(x)

将一个整数转换为一个十六进制字符串

oct(x)

将一个整数转换为一个八进制字符串

python入门教程之五数据结构的相关教程结束。

《python入门教程之五数据结构.doc》

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