Python基础教程:数据结构

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Python是一门广泛使用的编程语言，它的丰富的数据结构使得编写程序变得异常简单和方便。在本篇教程中，我将详细介绍Python中的四种主要数据结构：列表、元组、字典、集合。

1.列表（List）

列表是Python中最常用的数据结构之一，是一种可变序列对象，其中元素可以通过索引访问和修改。列表中的元素可以是任何数据类型，包括数字、字符串、列表、元组等，甚至可以是其他列表。列表使用方括号 [] 表示，例如：

fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mix = [1, 'hello', True, [4, 5, 6]]

在列表中，我们可以使用索引来访问和操作元素，例如：

fruits[0] = 'banana'
print(fruits)  # ['apple', 'banana', 'orange']
numbers[2] = 6
print(numbers)  # [1, 2, 3, 4, 5, 6]
mix[2][2] = 'pear'
print(mix)  # [1, 'hello', True, [4, 5, 6], 'pear']

列表中的元素可以进行添加、删除、修改、排序等操作，这些操作都非常方便。

# 在列表末尾追加元素
fruits.append('banana')
# 在列表中插入元素
fruits.insert(1, 'orange')
# 在列表中删除元素
fruits.remove('pear')
# 从列表中删除第一个元素 
fruits.pop(0)
# 从列表中删除最后一个元素 
fruits.pop() 
# 从列表中删除第二个元素 
del fruits[1]

列表还有很多有用的操作，如排序、分割、连接其他列表等：

#排序列表
fruits.sort()
# 反转列表
fruits.reverse()
# 随机打乱列表
import random
random.shuffle(fruits)
# 列表分割成多个
fruits_list = fruits[:3]
more_fruits = fruits[3:]

# 列表合并为一个列表
merged_fruits = fruits_list + more_fruits

除此之外，我们还可以用列表推导式来快速定义一个列表，如：

even_numbers = [x for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]

另外，列表还可以用于实现各种数据类型的列表，例如元组列表、字典列表等。下面是几个例子：

元组列表

my_tuple = (1, 'apple', True)
my_list = [1, 2, 3]
print(my_tuple, my_list)  # (1, 'apple', True), [1, 2, 3]

字典列表

my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}
my_list = [1, 2, 3]
my_dict_list = [{'name': 'Alice', 'age': 25}, {'name': 'Bob', 'age': 30}, {'name': 'Charlie', 'age': 35}]
print(my_dict, my_dict_list)  # {'age': 25, 'name': 'Alice'}, [{'name': 'Alice', 'age': 25}, {'name': 'Bob', 'age': 30}, {'name': 'Charlie', 'age': 35}]

2.元组（Tuple）

Python中的元组是一种在内存中用于存储一组相关数据的对象。元组是一个不可变的对象，并且可以存储任意类型的数据。元组的语法是在花括号中定义一个变量，并将所有要存储的数据和值分配给这个变量，元组中的所有数据都必须是相同类型的。例如：

my_tuple = (1, 2, 3, "hello", True)

在以上示例中，我们创建了一个名为my_tuple的元组，其中包含了5个数值和两个字符串。元组是一个不可变的对象，因此我们不能修改元组的元素。如果我们试图修改元组中的元素，将会抛出TypeError异常。元组还可以在Python中进行类型检查，因为所有元组都必须具有相同的类型。例如：

if isinstance(my_tuple, (int, float)):
    print("my_tuple is of type int or float")
else:
    print("my_tuple is not of type int or float")

在以上示例中，我们使用了isinstance函数来检查my_tuple是否为int或float类型。如果是，则打印一条消息，否则打印另一条消息。

我们可以使用索引来访问元组中的元素。元组中的索引从0开始，如果要访问第二个元素，则使用索引1。例如

print(my_tuple[0])  # 输出1
print(my_tuple[1])  # 输出2
print(my_tuple[2][0])  # 输出'h'
print(my_tuple["hello"])  # 输出'h'

3.字典

字典是Python中的另一种主要数据结构，它是一种键值对数据集合。字典中的键和值都可以是任何数据类型，包括数字、字符串、列表、元组、字典等。字典使用花括号 {} 表示，例如：

my_dict = {'name': 'poycode', 'age': 30, 'score': 80}

在字典中，我们可以使用键来访问和操作值，例如：

print(my_dict["name"] # 输出poycode
print(my_dict["email"]) # 键不存在，抛出KeyError异常

如果我们想修改字典中的元素，可以通过dict[key]=value 语句来修改字典中某个键对应的值，如：

print(my_dict)  # {'name': 'poycode', 'age': 30, 'score': 80}

my_dict['name'] = 'liululee'
my_dict['age'] = 28
print(my_dict)  # {'name': 'liululee', 'age':28, 'score': 80}

若想要删除python字典中的某个元素，可以使用

del my_dict["name"] # 删除name键对应的值

遍历字典的方法也很灵活：

my_dict = {'name': 'poycode', 'age': 30, 'score': 80}
# 遍历所有的键
for key in my_dict.keys():
    print(key)
# 遍历所有的字典值
for value in my_dict.values(): 
    print(value)

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4.集合

集合也是Python中的一种数据结构，它是一个无序的唯一元素集合。集合中的元素通常使用花括号 {} 表示，例如：

my_set = {"sun", "moon", "star"}

访问集合中的元素：

print(my_set["sun"])  # 输出"sun"
print(my_set['sea']) # 如果该元素不存在，将会抛出KeyError异常。

要向集合中添加、删除元素，可以使用add及remove方法

my_set.add("cloud") # 将cloud添加到my_set中
my_set.remove("sun") # 将sun从my_set中删除

访问我的上一篇python教程：Python基础教程:异常处理try…except语句

5.总结

在Python中，列表、元组、字典和集合是常见的数据结构。这些数据结构都有不同的特点和适用场景。

列表是一种可变序列类型，可以存储任意类型的对象。列表的元素是有序的，并且可以通过索引访问和修改。列表还支持切片操作和各种方法，如添加元素、删除元素、排序等。由于列表是可变的，因此在需要修改数据时使用它是一个不错的选择。

元组与列表类似，但是元组是不可变的。元组中的元素也是有序的，但是不能修改。由于元组不可变，因此在需要保证数据不被修改时使用它是一个不错的选择。

字典是一种键值对的映射关系。字典中的键必须是唯一的，而值可以是任意类型的对象。字典的键是无序的，因此无法直接进行索引操作，但是可以通过键访问相应的值。字典还支持添加、删除、修改键值对等操作，非常方便。

集合是一种无序的可变容器，其中不包含重复元素。集合支持交、并、差等集合运算，也可以通过添加、删除等操作进行修改。集合通常用于去重和快速判断元素是否存在等场景。

对于上述几种数据结构，我们可以根据实际需求选择使用哪种，可以提高代码的效率和可读性。