数据结构_python

在Python中，数据结构是用来存储和管理数据的容器。Python提供了四种内建的数据结构：列表（List）、元组（Tuple）、字典（Dictionary）和集合（Set）。每种数据结构都有其特点和适用场景，理解它们对于编写高效、易于维护的代码至关重要。

4.1 列表（List）

列表是Python最常用的数据结构之一，它是一个可变的、有序的集合，可以存储不同类型的元素。列表支持元素的添加、删除、修改等操作。

4.1.1 创建列表

使用方括号 [] 来定义一个列表，元素之间用逗号隔开。

示例：

# 创建一个包含不同类型元素的列表
my_list = [1, 2.5, "Hello", True]
print(my_list)

4.1.2 索引与切片

• 列表是有序的，可以通过索引访问其中的元素。
• 列表索引从0开始，支持负索引（从列表末尾开始倒数）。

示例：

# 索引访问元素
print(my_list[0])    # 输出 1
print(my_list[-1])   # 输出 True (最后一个元素)

# 切片操作，获取部分列表
print(my_list[1:3])  # 输出 [2.5, 'Hello']（从索引1到索引3，但不包括索引3）

4.1.3 常用操作

• 添加元素：
  • append()：将元素添加到列表末尾。
  • insert()：在指定位置插入元素。

示例：

# 添加元素
my_list.append("Python")
print(my_list)  # [1, 2.5, 'Hello', True, 'Python']

# 插入元素
my_list.insert(1, "Inserted")  
print(my_list)  # [1, 'Inserted', 2.5, 'Hello', True, 'Python']

• 删除元素：
  • remove()：删除指定的元素。
  • pop()：删除指定索引位置的元素，并返回该元素。

示例：

# 删除指定元素
my_list.remove("Hello")
print(my_list)  # [1, 'Inserted', 2.5, True, 'Python']

# 删除指定索引的元素
popped_item = my_list.pop(2)
print(popped_item)  # 2.5
print(my_list)  # [1, 'Inserted', True, 'Python']

• 修改元素： 直接通过索引修改列表中的元素。

示例：

# 修改元素
my_list[1] = "Modified"
print(my_list)  # [1, 'Modified', True, 'Python']

4.2 元组（Tuple）

元组是Python中的另一种有序数据结构，和列表非常相似，但元组是不可变的（immutable）。一旦创建，就不能修改其内容。这使得元组在某些情况下比列表更安全和高效。

4.2.1 创建元组

元组使用圆括号 () 定义，元素之间用逗号隔开。

示例：

# 创建元组
my_tuple = (1, 2.5, "Hello", True)
print(my_tuple)

4.2.2 使用场景

由于元组是不可变的，它们通常用于存储那些不需要更改的数据。常见的使用场景包括：

• 存储常量数据
• 函数返回多个值（例如，返回多个结果时，可以用元组返回）
• 用作字典的键（因为元组是不可变的，可以作为哈希值）

示例：

# 使用元组存储不变的数据
coordinates = (10.0, 20.0)

4.2.3 元组的操作

由于元组不可变，所以无法进行修改、添加或删除操作。可以通过索引和切片来访问元素。

示例：

# 索引访问
print(my_tuple[0])  # 输出 1
# 切片操作
print(my_tuple[1:3])  # 输出 [2.5, 'Hello']

4.3 字典（Dictionary）

字典是一个无序的键值对集合，Python中的字典由键（key）和值（value）组成。字典是可变的，可以动态地添加、删除和更新键值对。

4.3.1 创建字典

字典使用花括号 {} 定义，键和值之间用冒号 : 分隔，多个键值对用逗号隔开。

示例：

# 创建字典
my_dict = {"name": "Alice", "age": 25, "is_student": True}
print(my_dict)

4.3.2 字典的常用操作

• 查找元素：通过键来访问值。
• 更新元素：修改现有键对应的值。
• 添加元素：添加新的键值对。
• 删除元素：使用 del 删除指定的键值对。

示例：

# 查找元素
print(my_dict["name"])  # 输出 Alice

# 更新元素
my_dict["age"] = 26
print(my_dict)  # {'name': 'Alice', 'age': 26, 'is_student': True}

# 添加元素
my_dict["city"] = "New York"
print(my_dict)  # {'name': 'Alice', 'age': 26, 'is_student': True, 'city': 'New York'}

# 删除元素
del my_dict["is_student"]
print(my_dict)  # {'name': 'Alice', 'age': 26, 'city': 'New York'}

4.4 集合（Set）

集合是一个无序、不可重复的元素集合。集合不支持索引、切片等操作，但它提供了许多强大的数学集合操作，如并集、交集、差集等。

4.4.1 创建集合

集合使用花括号 {} 或 set() 函数创建。注意，集合中的元素不能重复。

示例：

# 创建集合
my_set = {1, 2, 3, 4, 5}
print(my_set)

# 创建空集合
empty_set = set()
print(empty_set)

4.4.2 集合的常用操作

• 添加元素：使用 add() 方法添加单个元素。
• 删除元素：使用 remove() 或 discard() 方法。
• 集合运算：支持并集、交集、差集等操作。

示例：

# 添加元素
my_set.add(6)
print(my_set)  # {1, 2, 3, 4, 5, 6}

# 删除元素
my_set.remove(2)  # 移除元素 2
print(my_set)  # {1, 3, 4, 5, 6}

# 交集
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
print(set1 & set2)  # {2, 3}

# 并集
print(set1 | set2)  # {1, 2, 3, 4}

# 差集
print(set1 - set2)  # {1}

4.4.3 使用场景

集合通常用于需要去重的场景，比如去除列表中的重复元素，或进行集合运算（如并集、交集等）。

示例：

# 去重操作
my_list = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique_items = set(my_list)
print(unique_items)  # {1, 2, 3, 4, 5}

小结

• 列表（List）：有序、可变的集合，支持索引、切片、添加、删除和修改操作。
• 元组（Tuple）：有序、不可变的集合，适用于存储不变的数据，常用作函数返回值或字典的键。
• 字典（Dictionary）：无序的键值对集合，支持高效的查找、更新和删除操作，适合存储关联数据。
• 集合（Set）：无序、不重复的元素集合，支持并集、交集等数学运算，常用于去重或集合运算。

掌握这些数据结构将大大提高你处理数据的能力，让你在编写Python程序时更加高效和灵活。