Python学习 —— 内置数据类型

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接上文《Python学习 —— 初步认知》，有需要请自取：Python学习 —— 初步认知

在这篇文章中，我们一起深入了解Python中常用的内置数据类型。Python是一种功能强大的编程语言，它提供了多种内置数据类型，用于存储和操作数据。这些数据类型包括数字、字符串、序列和映射等。熟练掌握这些数据类型的用法，可以帮助我们更高效地编写Python程序。

内置类型概览

Python中的常见数据类型包括数字类型（如int、float和complex）、文本类型（如str） 、序列类型（如list、tuple和range） 以及 映射类型（如dict） 。这些数据类型的主要用途是存储和操作数据，它们具有内置的常用函数、运算符复用、明确的语义以及通用的高效功能。

在Python中，我们通常将数据从非结构化形式转换为结构化形式。例如，我们可以使用列表和元组来存储一系列对象，这些对象可以是数字、字符串，甚至是其他列表或元组。另一方面，字典是一种用于存储键值对的数据结构，它通常用于处理半结构化数据。

常用的数据类型包括数字、字符串、序列、映射， 序列中列表和元祖最常用，映射中字典最常用。

列表

列表是Python中最常用的数据类型之一。它们可以包含不同类型的数据，例如数字、字符串等。列表使用方括号 [] 表示，每个元素称为列表的元素，元素之间使用逗号 , 分隔。

列表的定义

以下是定义列表的示例：

包含数字的列表：[1, 2, 3, 4, 5]
包含字符串的列表：['aa', 'cc', 'dd']
包含不同类型数据的列表：[123, 'abc']
包含子列表的列表：[ [1, 'a'], [2, 'b'] ]

除了直接定义列表之外，还可以在定义之后修改列表中的元素，或者使用索引来访问和修改一个或多个元素。此外，列表还支持许多内置函数，如添加元素、删除元素、排序等。

创建列表

可以使用赋值运算符将一个字符串转换为列表：

colors = ["red", "blue", "green"]  
print(colors) # 将列表打印出来  
print(type(colors)) # 打印 colors 变量的类型

使用内置函数list()也可以将字符串创建为列表：

list('red') # ['r', 'e', 'd']

此外，还可以使用列表推导式创建列表。例如，以下代码使用列表推导式创建一个包含1到10之间的整数的列表：

[ x for x in range(1, 10) ] # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

访问列表的元素

可以通过索引访问列表中的每一个元素。例如，以下代码演示了如何访问列表 list1 中的第一个元素：

list1 = ['a', 'b', 'c', 'd']
list1[0] # a

可以使用负索引来访问最后一个元素。例如，以下代码访问列表 list1 中的最后一个元素：

list1[-1] # d

如果需要访问嵌套列表中的元素，可以使用多个索引。例如，以下代码访问列表 list2 中第三个元素中的第一个元素：

list2 = ['a', 'b', ['c', 'd']]
list2[2][0] # c

删除列表的元素和删除列表

可以使用 del 语句来删除列表中的元素或整个列表。例如：

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
del list1[0] # 删除第一个元素
print(list1) # [2, 3, 4, 5]
del list1 # 删除整个列表

列表的常见操作

列表是可变的，可以进行添加、修改、删除等操作。以下是一些常见的操作方法：

• list.append(element)：在列表末尾添加元素。
• list.insert(index, element)：在指定位置插入元素。
• list.remove(element)：移除列表中第一个出现的元素。
• list.pop(index)：移除并返回指定位置的元素。
• list.extend(iterable)：将可迭代对象中的元素添加到列表末尾。
• list.clear()：清空列表中的所有元素。
• list.index(element)：返回指定元素的索引位置。
• list.count(element)：返回指定元素在列表中出现的次数。
• list.sort()：对列表进行排序（原地排序）。
• list.reverse() : 反转列表元素的顺序。
• sorted(list): 对列表进行排序并返回新的列表（不改变原列表）
• len(list): 得到列表的长度。
• len(list[0]): 得到列表中元素的长度。
• list.count(element) : 得到元素出现的次数。

例如，以下代码演示了如何使用这些方法对列表进行操作：

list1 = ['hello', 1, 4, 1, 5, 9]
len(list1) # 列表的长度，得到 6
len(list1[0]) # 列表中第一个元素的长度，得到 5
list1.count(1) # 1出现的次数，得到 2
list1.append(2) # 在末尾添加元素，得到 [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]
list1.insert(2, 6) # 在位置2插入元素6，得到 [3, 1, 6, 4, 1, 5, 9, 2]
list1.remove(4) # 移除第一个出现的4，得到 [3, 1, 6, 1, 5, 9, 2]
list1.pop(2) # 移除并返回位置2的元素，得到 [3, 1, 1, 5, 9, 2]
list1.extend([2, 3]) # 将[2, 3]中的元素添加到末尾，得到 [3, 1, 1, 5, 9, 2, 2, 3]
list1.clear() # 清空列表，得到 []

元祖

元祖是一种不可变序列，与列表相似，但创建后不可修改。元祖在Python中用于表示不可变数据序列，如文本字符串和二进制数据。与列表相比，元祖的执行效率更高，因为它们不需要动态分配内存。

序列和元祖

基本的序列包括列表、元祖、range

• 元祖和列表类似，但是差别是创建后不可修改
• 二进制数据和文本字符串属于特别定制的附加序列

序列的通用操作

创建元祖

元祖可以使用圆括号 “()” 定义，也可以使用 tuple() 函数创建。将 range()、列表、字符串转换为元祖可以使用类型转换函数。

例如：

# 使用圆括号定义元祖
my_tuple = (1, 2, 3)
print(my_tuple) # 输出：(1, 2, 3)

# 使用tuple()函数创建元祖
my_tuple = tuple([1, 2, 3])
print(my_tuple) # 输出：(1, 2, 3)

# 将列表转换为元祖
my_list = [4, 5, 6]
my_tuple = tuple(my_list)
print(my_tuple) # 输出：(4, 5, 6)

删除元祖

元祖是不可变序列，因此无法使用append()、pop()、insert()等修改序列元素的函数。如果需要删除元祖中的元素，可以使用 del 语句删除整个元祖或指定元素。例如：

my_tuple = (1, 2, 3)
# 删除整个元祖
del my_tuple
print(my_tuple) # 报错：NameError: name 'my_tuple' is not defined

集合的常见操作

Python 中的集合类型包括 set 和 frozenset 两种对象。set 对象是可变的，而 frozenset 对象是不可变的。set 对象在程序设计中比较常使用。集合的唯一性是经常使用该数据类型的主要原因。从序列中去除重复项等操作，可以通过数据类型强制转换实现。

创建 set 对象

集合可以使用多种方式创建，包括使用花括号内以逗号分隔元素的方式、使用集合推导式和使用类型构造器。例如：

# 使用花括号定义set对象
my_set = {1, 2, 3}
print(my_set) # 输出：{1, 2, 3}

# 使用集合推导式创建set对象
my_set = {x for x in range(10)}
print(my_set) # 输出：{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

# 使用类型构造器创建set对象
my_set = set([1, 2, 3])
print(my_set) # 输出：{1, 2, 3}

set 对象的常用操作

• len(s)：返回集合 s 中的元素数量。
• x in s：检测 x 是否为 s 中的成员。
• s <= other：检测是否集合 s 中的每个元素都在 other 之中。
• s < other：检测集合 s 是否为 other 的真子集。
• add(element)：将元素 element 添加到集合 s 中。
• remove(element)：从集合 s 中移除元素 element。
• pop()：从集合 s 中随机移除一个元素并返回它。
• clear()：清空集合 s 中的所有元素。

删除 set 对象

my_set = {1, 2, 3}
# 删除 set 对象
del my_set
print(my_set) # 报错：NameError: name 'my_set' is not defined

字典

字典是一种可变的数据类型，用于存储键值对。字典中的每个元素由一个键和一个值组成，键是唯一的，因此无法使用不可哈希的类型（如列表或字典）作为键。整数1和浮点数1.0会被视为相同的键。

字典的定义

字典的定义可以通过花括号 {}来实现，也可以使用 dict() 函数或字典推导式。例如：

# 使用花括号定义字典
my_dict = {'one': 1, 'two': 2}
print(my_dict) # 输出：{'one': 1, 'two': 2}

# 使用dict()函数定义字典
my_dict = dict(one=1, two=2)
print(my_dict) # 输出：{'one': 1, 'two': 2}

# 使用字典推导式定义字典
my_dict = {x: x**2 for x in range(10)}
print(my_dict) # 输出：{0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25, 6: 36, 7: 49, 8: 64, 9: 81}

字典常见操作

1.访问字典的内容，例如：

mail_list = {'tom': '[email protected]', 'jerry': '[email protected]'}  
print(mail_list.items())  # 输出：dict_items([('tom', '[email protected]'), ('jerry', '[email protected]')])

2.访问字典里指定的键：可以通过键来访问字典中的值。例如：

mail_list = {'tom': '[email protected]', 'jerry': '[email protected]'}
print(mail_list['tom'])  # 输出：[email protected]

3.遍历字典：可以通过 items() 方法来遍历字典中的键值对。例如：

for key, value in mail_list.items():
    print(key, value)

4.修改字典内容：为字典添加新的键值对，如果字典中已经包含键 'tom'，则更新该键对应的值。例如：

mail_list['tom'] = '[email protected]'

5.删除键值对：可以使用 pop() 方法删除指定的键值对并返回值。例如：

removed_value = mail_list.pop('tom')

6.返回字典的项数：可以使用 len() 函数返回字典中的项数。例如：

num_items = len(mail_list)

7.判断键是否在字典中：可以使用 in 关键字来检查一个键是否存在于字典中。例如：

if 'jerry' in mail_list:
    print("Jerry's email is in the dictionary.")

8.高级用法：可以使用 setdefault() 方法插入默认值；使用 |= 运算符更新字典等。例如：

new_email_list = {'wilson': '[email protected]'}
mail_list |= new_email_list  # 将新字典的键值对添加到旧字典中，如果键已存在则更新对应的值。注意，此操作需要Python 3.9及以上版本支持。

9.字典与其他数据类型的混合使用：可以轻松地将列表、元组、字符串等数据类型转换为字典，反之亦然。此外，还可以利用 zip() 函数合并两个列表为字典。例如：

name_list = ['name1', 'name2', 'name3']
email_list = ['1111', '2222', '3333']

merged_dict = dict(zip(name_list, email_list))  # 将两个列表合并为一个字典，键为name_list中的元素，值为email_list中的元素。

merged_dict2 = { name_list[i]: email_list[i] for i in range(len(name_list)) } # 使用推导式亦可实现合并功能

删除字典

my_dict = { a: 1, b: 2, c: 3 }
# 删除 字典
del my_dic
print(my_dic) # 报错：NameError: name 'my_dic' is not defined

总结

本文介绍了Python的几种内置数据类型，包括列表、元祖、集合和字典，并详细介绍了它们的常见操作。

对于列表（list），我们可以通过索引访问列表中的元素，可以使用切片操作获取列表的一部分，可以进行追加、插入和删除操作，还可以使用循环遍历列表中的所有元素。列表还支持一些常用的方法，如append()、insert()、remove()等。

元组（tuple） 是一个不可变的数据类型，与列表类似，但元组的元素不能被修改。元组通常用于存储一组不会改变的数据。元组可以使用索引和切片操作，也可以进行比较和排序操作。

集合（set） 是一个无序且不重复的数据集合，可以进行添加、删除、交集、并集等操作。集合中的元素必须是可哈希的。

字典（dictionary） 是一个可变的数据类型，用于存储键值对。字典中的键必须是唯一的，值可以是任何类型的数据。可以通过键来访问字典中的值，也可以使用字典推导式来创建新的字典。字典还支持一些常用的方法，如get()、setdefault()等。

这些内置数据类型在Python中非常常用，掌握它们的操作方法可以更好地处理数据和实现程序功能。