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Python常见数据结构详解

2014-08-02 15:35 525 查看
本文详细罗列归纳了Python常见数据结构，并附以实例加以说明，相信对读者有一定的参考借鉴价值。

总体而言Python中常见的数据结构可以统称为容器（container）。而序列（如列表和元组）、映射（如字典）以及集合（set）是三类主要的容器。

一、序列（列表、元组和字符串）

序列中的每个元素都有自己的编号。Python中有6种内建的序列。其中列表和元组是最常见的类型。其他包括字符串、Unicode字符串、buffer对象和xrange对象。下面重点介绍下列表、元组和字符串。

1、列表

列表是可变的，这是它区别于字符串和元组的最重要的特点，一句话概括即：列表可以修改，而字符串和元组不能。

（1）、创建

通过下面的方式即可创建一个列表：

1
list1
=
[
'hello'
,
'world'
]
2
print
list1
3
list2
=
[
1
,
2
,
3
]
4
print
list2
输出：

1
[
'hello'
,
'world'
]
2
[
1
,
2
,
3
]
可以看到，这中创建方式非常类似于javascript中的数组。

（2）、list函数

通过list函数（其实list是一种类型而不是函数）对字符串创建列表非常有效：

1
list3
=
list
(
"hello"
)
2
print
list3
输出：

1
[
'h'
,
'e'
,
'l'
,
'l'
,
'o'
]
2、元组

元组与列表一样，也是一种序列，唯一不同的是元组不能被修改（字符串其实也有这种特点）。

（1）、创建

1
t1
=
1
,
2
,
3
2
t2
=
"jeffreyzhao"
,
"cnblogs"
3
t3
=
(
1
,
2
,
3
,
4
)
4
t4
=
()
5
t5
=
(
1
,)
6
print
t1,t2,t3,t4,t5
输出：

1
(
1
,
2
,
3
)(
'jeffreyzhao'
,
'cnblogs'
)(
1
,
2
,
3
,
4
)()(
1
,)
从上面我们可以分析得出：

a、逗号分隔一些值，元组自动创建完成；

b、元组大部分时候是通过圆括号括起来的；

c、空元组可以用没有包含内容的圆括号来表示；

d、只含一个值的元组，必须加个逗号（,）；

（2）、tuple函数

tuple函数和序列的list函数几乎一样：以一个序列（注意是序列）作为参数并把它转换为元组。如果参数就算元组，那么该参数就会原样返回：

1
t1
=
tuple
([
1
,
2
,
3
])
2
t2
=
tuple
(
"jeff"
)
3
t3
=
tuple
((
1
,
2
,
3
))
4
print
t1
5
print
t2
6
print
t3
7
t4
=
tuple
(
123
)
8
print
t45
输出：

1
(
1
,
2
,
3
)
2
(
'j'
,
'e'
,
'f'
,
'f'
)
3
(
1
,
2
,
3
)
Traceback(mostrecentcalllast):
File"F:\Python\test.py",line7,in<module>

t4=tuple(123)TypeError:'int'objectisnotiterable

3、字符串

（1）创建

1
str1
=
'Helloworld'
2
print
str1
3
print
str1[
0
]
4
for
c

in
str1:
5
print

c
输出：

01
Helloworld
02
H
03
H
04
e
05
l
06
l
07
o
08
09
w
10
o
11
r
12
l
13
d
（2）格式化

字符串格式化使用字符串格式化操作符即百分号%来实现。

1
str1
=
'Hello,%s'

%
'world.'
2
print
str1
格式化操作符的右操作数可以是任何东西，如果是元组或者映射类型（如字典），那么字符串格式化将会有所不同。

1
strs
=
(
'Hello'
,
'world'
)
#元组
2
str1
=
'%s,%s'

%
strs
3
print
str1
4
d
=
{
'h'
:
'Hello'
,
'w'
:
'World'
}
#字典
5
str1
=
'%(h)s,%(w)s'

%
d
6
print
str1
输出：

1
Hello,world
2
Hello,World
注意：如果需要转换的元组作为转换表达式的一部分存在，那么必须将它用圆括号括起来：

1
str1
=
'%s,%s'

%
'Hello'
,
'world'
2
print
str1
输出：

1
Traceback(mostrecentcalllast):
2
File

"F:\Python\test.py"
,line

2
,
in

<module>
3
str1
=
'%s,%s'

%
'Hello'
,
'world'
4
TypeError:
not

enougharguments
for
format
string
如果需要输出%这个特殊字符，毫无疑问，我们会想到转义，但是Python中正确的处理方式如下：

1
str1
=
'%s%%'

%
100
2
print
str1
输出：

1
100
%
对数字进行格式化处理，通常需要控制输出的宽度和精度：

1
from
math

import
pi
2
str1
=
'%.2f'

%
pi
#精度2
3
print
str1
4
str1
=
'%10f'

%
pi
#字段宽10
5
print
str1
6
str1
=
'%10.2f'

%
pi
#字段宽10，精度2
7
print
str1
输出：

1
3.14
2
3.141593
3
3.14
字符串格式化还包含很多其他丰富的转换类型，可参考官方文档。

Python中在string模块还提供另外一种格式化值的方法：模板字符串。它的工作方式类似于很多UNIXShell里的变量替换，如下所示：

1
from
string

import
Template
2
str1
=
Template(
'$x,$y!'
)
3
str1
=
str1.substitute(x
=
'Hello'
,y
=
'world'
)
4
print
str1
输出：

1
Hello,world!
如果替换字段是单词的一部分，那么参数名称就必须用括号括起来，从而准确指明结尾：

1
from
string

import
Template
2
str1
=
Template(
'Hello,w${x}d!'
)
3
str1
=
str1.substitute(x
=
'orl'
)
4
print
str1
输出：

1
Hello,world!
如要输出$符，可以使用$$输出：

1
from
string

import
Template
2
str1
=
Template(
'$x$$'
)
3
str1
=
str1.substitute(x
=
'100'
)
4
print
str1
输出：

1
100
$
除了关键字参数之外，模板字符串还可以使用字典变量提供键值对进行格式化：

1
from
string

import
Template
2
d
=
{
'h'
:
'Hello'
,
'w'
:
'world'
}
3
str1
=
Template(
'$h,$w!'
)
4
str1
=
str1.substitute(d)
5
print
str1
输出：

1
Hello,world!
除了格式化之外，Python字符串还内置了很多实用方法，可参考官方文档，这里不再列举。

4、通用序列操作（方法）

从列表、元组以及字符串可以“抽象”出序列的一些公共通用方法（不是你想像中的CRUD），这些操作包括：索引（indexing）、分片（sliceing）、加（adding）、乘（multiplying）以及检查某个元素是否属于序列的成员。除此之外，还有计算序列长度、最大最小元素等内置函数。

（1）索引

1
str1
=
'Hello'
2
nums
=
[
1
,
2
,
3
,
4
]
3
t1
=
(
123
,
234
,
345
)
4
print
str1[
0
]
5
print
nums[
1
]
6
print
t1[
2
]
输出

1
H
2
2
3
345
索引从0（从左向右）开始，所有序列可通过这种方式进行索引。神奇的是，索引可以从最后一个位置（从右向左）开始，编号是-1：

1
str1
=
'Hello'
2
nums
=
[
1
,
2
,
3
,
4
]
3
t1
=
(
123
,
234
,
345
)
4
print
str1[
-
1
]
5
print
nums[
-
2
]
6
print
t1[
-
3
]
输出：

1
o
2
3
3
123
（2）分片

分片操作用来访问一定范围内的元素。分片通过冒号相隔的两个索引来实现：

1
nums
=
range
(
10
)
2
print
nums
3
print
nums[
1
:
5
]
4
print
nums[
6
:
10
]
5
print
nums[
1
:]
6
print
nums[
-
3
:
-
1
]
7
print
nums[
-
3
:]
#包括序列结尾的元素，置空最后一个索引
8
print
nums[:]
#复制整个序列
输出：

1
[
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
,
6
,
7
,
8
,
9
]
2
[
1
,
2
,
3
,
4
]
3
[
6
,
7
,
8
,
9
]
4
[
1
,
2
,
3
,
4
,
5
,
6
,
7
,
8
,
9
]
5
[
7
,
8
]
6
[
7
,
8
,
9
]
不同的步长，有不同的输出：

1
nums
=
range
(
10
)
2
print
nums
3
print
nums[
0
:
10
]
#默认步长为1等价于nums[1:5：1]
4
print
nums[
0
:
10
:
2
]
#步长为2
5
print
nums[
0
:
10
:
3
]
#步长为3
6
7
##printnums[0:10:0]#步长为0
8
print
nums[
0
:
10
:
-
2
]
#步长为-2
输出：

1
[
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
,
6
,
7
,
8
,
9
]
2
[
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
,
6
,
7
,
8
,
9
]
3
[
0
,
2
,
4
,
6
,
8
]
4
[
0
,
3
,
6
,
9
]
5
[]
（3）序列相加

1
str1
=
'Hello'
2
str2
=
'world'
3
print
str1
+
str2
4
num1
=
[
1
,
2
,
3
]
5
num2
=
[
2
,
3
,
4
]
6
print
num1
+
num2
7
print
str1
+
num1
输出：

1
Helloworld
2
[
1
,
2
,
3
,
2
,
3
,
4
]
Traceback(mostrecentcalllast):
File"F:\Python\test.py",line7,in<module>

printstr1+num1

TypeError:cannotconcatenate'str'and'list'objects

（4）乘法

1
print
[
None
]
*
10
2
str1
=
'Hello'
3
print
str1
*
2
4
num1
=
[
1
,
2
]
5
print
num1
*
2
6
print
str1
*
num1
输出：

1
[
None
,
None
,
None
,
None
,
None
,
None
,
None
,
None
,
None
,
None
]
2
3
HelloHello
4
[
1
,
2
,
1
,
2
]
Traceback(mostrecentcalllast):
File"F:\Python\test.py",line5,in<module>

printstr1*num1

TypeError:can'tmultiplysequencebynon-intoftype'list'

（5）成员资格

in运算符会用来检查一个对象是否为某个序列（或者其他类型）的成员（即元素）：

1
str1
=
'Hello'
2
print
'h'

in
str1
3
print
'H'

in
str1
4
num1
=
[
1
,
2
]
5
print
1

in
num1
输出：

1
False
2
True
3
True
（6）长度、最大最小值

通过内建函数len、max和min可以返回序列中所包含元素的数量、最大和最小元素。

1
str1
=
'Hello'
2
print
len
(str1)
3
print
max
(str1)
4
print
min
(str1)
5
num1
=
[
1
,
2
,
1
,
4
,
123
]
6
print
len
(num1)
7
print
max
(num1)
8
print
min
(num1)
输出：

1
5
2
o
3
H
4
5
5
123
6
1
二、映射（字典）

映射中的每个元素都有一个名字，如你所知，这个名字专业的名称叫键。字典（也叫散列表）是Python中唯一内建的映射类型。

1、键类型

字典的键可以是数字、字符串或者是元组，键必须唯一。在Python中，数字、字符串和元组都被设计成不可变类型，而常见的列表以及集合（set）都是可变的，所以列表和集合不能作为字典的键。键可以为任何不可变类型，这正是Python中的字典最强大的地方。

1
list1
=
[
"hello,world"
]
2
set1
=
set
([
123
])
3
d
=
{}
4
d[
1
]
=
1
5
print
d
6
d[list1]
=
"Helloworld."
7
d[set1]
=
123
8
print
d
输出：

1
{
1
:
1
}
Traceback(mostrecentcalllast):
File"F:\Python\test.py",line6,in<module>

d[list1]="Helloworld."

TypeError:unhashabletype:'list'

2、自动添加

即使键在字典中并不存在，也可以为它分配一个值，这样字典就会建立新的项。

3、成员资格

表达式itemind（d为字典）查找的是键（containskey），而不是值（containsvalue）。

Python字典强大之处还包括内置了很多常用操作方法，可参考官方文档，这里不再列举。

思考：根据我们使用强类型语言的经验，比如C#和Java，我们肯定会问Python中的字典是线程安全的吗？

三、集合

集合（Set）在Python2.3引入，通常使用较新版Python可直接创建，如下所示：

1
strs
=
set
([
'jeff'
,
'wong'
,
'cnblogs'
])
2
nums
=
set
(
range
(
10
))
看上去，集合就是由序列（或者其他可迭代的对象）构建的。集合的几个重要特点和方法如下：

1、副本是被忽略的

集合主要用于检查成员资格，因此副本是被忽略的，如下示例所示,输出的集合内容是一样的。

1
set1
=
set
([
0
,
1
,
2
,
3
,
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
])
2
print
set1
3
4
set2
=
set
([
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
])
5
print
set2
输出如下：

1
set
([
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
])
2
set
([
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
])
2、集合元素的顺序是随意的

这一点和字典非常像，可以简单理解集合为没有value的字典。

1
strs
=
set
([
'jeff'
,
'wong'
,
'cnblogs'
])
2
print
strs
输出如下：

1
set
([
'wong'
,
'cnblogs'
,
'jeff'
])
3、集合常用方法

a、交集union

1
set1
=
set
([
1
,
2
,
3
])
2
set2
=
set
([
2
,
3
,
4
])
3
set3
=
set1.union(set2)
4
print
set1
5
print
set2
6
print
set3
输出：

1
set
([
1
,
2
,
3
])
2
set
([
2
,
3
,
4
])
3
set
([
1
,
2
,
3
,
4
])
union操作返回两个集合的并集，不改变原有集合。使用按位与（OR）运算符“|”可以得到一样的结果：

1
set1
=
set
([
1
,
2
,
3
])
2
set2
=
set
([
2
,
3
,
4
])
3
set3
=
set1|set2
4
print
set1
5
print
set2
6
print
set3
输出和上面union操作一模一样的结果。

其他常见操作包括&（交集）,<=,>=,-,copy()等等，这里不再列举。

01
set1
=
set
([
1
,
2
,
3
])
02
set2
=
set
([
2
,
3
,
4
])
03
set3
=
set1&set2
04
print
set1
05
print
set2
06
print
set3
07
print
set3.issubset(set1)
08
set4
=
set1.copy()
09
print
set4
10
print
set4
is
set1
输出如下：

1
set
([
1
,
2
,
3
])
2
set
([
2
,
3
,
4
])
3
set
([
2
,
3
])
4
True
5
set
([
1
,
2
,
3
])
6
False
b、add和remove

和序列添加和移除的方法非常类似，可参考官方文档：

1
set1
=
set
([
1
])
2
print
set1
3
set1.add(
2
)
4
print
set1
5
set1.remove(
2
)
6
print
set1
7
print
set1
8
print
29

in
set1
9
set1.remove(
29
)
#移除不存在的项
输出：

1
set
([
1
])
2
set
([
1
,
2
])
3
set
([
1
])
4
set
([
1
])
5
False
Traceback(mostrecentcalllast):
File"F:\Python\test.py",line9,in<module>

set1.remove(29)#移除不存在的项

KeyError:29

4、frozenset

集合是可变的，所以不能用做字典的键。集合本身只能包含不可变值，所以也就不能包含其他集合：

1
set1
=
set
([
1
])
2
set2
=
set
([
2
])
3
set1.add(set2)
输出如下：

Traceback(mostrecentcalllast):
File"F:\Python\test.py",line3,in<module>

set1.add(set2)TypeError:unhashabletype:'set'

可以使用frozenset类型用于代表不可变（可散列）的集合：

1
set1
=
set
([
1
])
2
set2
=
set
([
2
])
3
set1.add(
frozenset
(set2))
4
print
set1
输出：

1
set
([
1
,
frozenset
([
2
])])

                                            

                                        

                        
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