Cao Yi

Python 集合类型

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Python 的集合类型主要有 list, tuple, dict 和 set, 其中 dict 相当于 Java 中的 Map.

list, tuple 和 set 都是列表类型，简单的区分是：

list 长度可变，元素可增减，修改
tuple 相当于常型列表，一旦定义，即不可变
set 和 list 类似，但它是一个没有重复元素的列表

1. `list`

中文一般译作列表。

1.1 定义

可以定义一个空的列表 L = []，也可以在定义时赋值 L = [1, '2', 'hello']。注意这里使用了中括号。

>>> L = []
>>> L
[]
>>> L = [1, '2', 'hello']
>>> L
[1, '2', 'hello']

上面的代码中，L 被定义了两次，新的定义会覆盖旧的。

还可以使用生成式定义：

>>> [x * x for x in range(1, 11)]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]
>>> [x * x * x for x in range(1, 11)]
[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343, 512, 729, 1000]
>>> [x * x * x for x in range(1, 11) if x % 3 == 0] 
[27, 216, 729]
>>> [(x,  x * x * x) for x in range(1, 11) if x % 3 == 0] 
[(3, 27), (6, 216), (9, 729)]

生成式可以多层循环，参用Python的列表生成式批量产生姓名

1.2 长度

list 的长度即所含元素的个数，可以通过 len() 求得。

(接前面的代码)

>>> len(L)
3

1.3 访问元素

list 中的元素可以根据其索引访问，从0开始。它还支持负整数索引，表示倒数第几个数。索引超出范围会引发报错信息。

(接前面的代码)

>>> L[0]
1
>>> L[-1]
'hello'
>>> L[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range
>>> L[-4]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range

[1, '2', 'hello'] 中元素有3个，索引值从左往右是 0, 1, 2, 从右往左是 -1, -2, -3，任何不在这两个范围内的索引值都会引起越界错误，比如 L[5] 和 L[-4]。

1.4 添加元素

添加元素有两种方式，一种可以通过 append 方法在尾部添加元素。

(接前面的代码)

>>> L.append('world')
>>> L
[1, '2', 'hello', 'world']

还有一种方式是通过 insert() 在某个索引位置添加，新的元素添加后，位于新元素右侧的所有元素都往后移动一位。

>>> L.insert(2, 'hi')
>>> L
[1, '2', 'hi', 'hello', 'world']
>>> L.insert(-2, 'word')
>>> L
[1, '2', 'hi', 'word', 'hello', 'world']

1.5 删除元素

删除元素也有两种方式，一种是通过pop()删除列表尾部的元素，另一种是通过pop(index)删除指定 index 的元素，下面举例说明。

>>> L.pop()
'world'
>>> L
[1, '2', 'hi', 'word', 'hello']
>>> L.pop(1)
'2'
>>> L
[1, 'hi', 'word', 'hello']
>>> L.pop(-1)
'hello'
>>> L
[1, 'hi', 'word']

1.6 多维列表

当元素本身也是list时，就构成了多维列表。

1.7 切片

切片用于取数列中中某一部分，比用循环方便一些。这部分的例子主要来自廖雪峰的教程。

取数列中最开始的几个元素，起始的index值如果是0可以省略，索引值从0开始。

>>> L = ['Michael', 'Sarah', 'Tracy', 'Bob', 'Jack']
>>> L
['Michael', 'Sarah', 'Tracy', 'Bob', 'Jack']
>>> L[0:3]
['Michael', 'Sarah', 'Tracy']
>>> L[:3]

取从m到n(不包含)的(n-m)个元素，负值作index也可以。

['Michael', 'Sarah', 'Tracy']
>>> L[1:3]
['Sarah', 'Tracy']
>>> L[-2:]
['Bob', 'Jack']
>>> L[-2:-1]
['Bob']

高级切片操作。分组取其一，示例：

定义一个数组。

>>> L = list(range(100))
>>> L
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99]

每五个取一个。相当于五个一组，取每组第一个元素。

>>> L[::5]
[0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95]
>>> L[:]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99]

在前10个元素里，每两个取一个。

>>> L[:10:2]
[0, 2, 4, 6, 8]

反向切片的内容参Python 切片操作中 step 为负值如何理解？

2. `tuple`

tuple 一般译作元组，它是一个固定列表，一旦定义即确定，并不可修改。因此它的元素只能被访问，但不能增删改，它可以通过元素的索引值访问。

2.1 定义

可以定义一个空的 t = ()，也可以在定义是赋值 t = (1, '2', 'hello')。注意这里使用了圆括号，前面定义列表时使用的是中括号。

>>> t
()
>>> t = (1, '2', 'hello')
>>> t
(1, '2', 'hello')

因为圆括号有时只是为了显著地标识某些代码而不具有实际意义，所以当元组的元素只有一个时，就会引起歧义。如何定义只有一个元素的元组呢？答案是加一个逗号。

t = (1) # defines a number
t = (1,) # defines a tuple, the comma is a must.

上面代码片段里，第一句仅仅是定义了一个数，第二个才是定义元组，注意那个唯一的元素右下角的逗号。单元素的元组定义，确实比较丑。

2.2 访问元素

访问元组(tuple)的方式和访问列表(list)没有区别。越界也会报错。

>>> t = (1, '2', 'hello')
>>> t[1]
'2'
>>> t[-1]
'hello'
>>> t[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: tuple index out of range

2.3 元组的元素是否可修改

元组的元素不可修改指的是一个元组包含哪些元素是确定的，但如果元素本身是可修改的对象，则这个对象是可以修改的。

2.3 切片

tuple 也可以应用切片操作，比如

>>> (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6)[:3]
(0, 1, 2)

3. `set`

set 就是数学意义上的集合，无序，无重复元素的集合。

3.1 创建 `set`

一般通过 list 来创建 set：

>>> s = set([1, 2, 3, 4, 4, 5, 6])
>>> s
{1, 2, 3, 4, 5, 6}

还可以通过花括号直接创建：

>>> s = {1, 2, 3, 4, 4, 5, 6}    
>>> s
{1, 2, 3, 4, 5, 6}

到这里，集齐了 Python 集合操作对括号的使用：

用小括号()创建元组(tuple)
用中括号[]创建列表(list)
用大括号{}创建集合(set)

3.2 增删元素

可以通过 add 和 remove 来增删 set 中的元素。

>>> s.add(7)
>>> s
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
>>> s.remove(4)
>>> s
{1, 2, 3, 5, 6, 7}

3.3 检查是否包含某个元素

可以使用关键字 in 来判断集合中是否包含某个元素。

>>> if 3 in s:
...   print('Yes')
...
Yes
>>> if 8 in s:
...   print('Yes')
... else:
...   print('No')
...
No

4. 词典(Dictionary)

词典(Dictionary)结构在Java中也叫 Map，在Python中用关键 dict 表示。它一个键值对 key-value 的集合。

4.1 创建 `dict`

也是用大括号创建：

>>> d = {'alice': 0.1, 'bob': 0.2}
>>> d
{'alice': 0.1, 'bob': 0.2}

注意，要创建一个空白的词典，用 {}，而要创建一个空白的 set 用 set():

>>> s = set()
>>> type(s)
<class 'set'>
>>> d = {}
>>> type(d)
<class 'dict'>

4.2 增删改查

可以通过 key 直接访问，如果 key 不存在则报错。

>>> d['bob']
0.2
>>> d['dell'] 
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'dell'

可以通过赋值的方式给 dict 更新或新增元素。dict的key必须是不可变对象。

>>> d['alice'] = 0.11 
>>> d
{'alice': 0.11, 'bob': 0.2}
>>> d['charles'] = 0.3
>>> d
{'alice': 0.11, 'bob': 0.2, 'charles': 0.3}

可以通过 del 删除元素

>>> d
{'alice': 0.11, 'bob': 0.2, 'charles': 0.3}
>>> del d['alice']
>>> d
{'bob': 0.2, 'charles': 0.3}

4.3 `list` VS `dict`

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。

5. `range`

可以通过 range 去创建 list, set, tuple 对象：

>>> type(range(1,20))
<class 'range'>
>>> a = range(1,20)
>>> a
range(1, 20)
>>> a = list(range(1,20))
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]
>>> a = set(range(1,20))
>>> a
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19}
>>> a = tuple(range(1,20))
>>> a
(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19)

range 对象也是可以遍历的，如：

>>> L = range(20)
>>> L
range(0, 20)
>>> for i in L:    
...     print(i)
... 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
>>> type(L)
<class 'range'>

参考：

使用list和tuple (廖雪峰)
使用dict和set (廖雪峰)
5. Data Structures (Python.org)

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Python 集合类型

1. list

1.1 定义

1.2 长度

1.3 访问元素

1.4 添加元素

1.5 删除元素

1.6 多维列表

1.7 切片

2. tuple

2.1 定义

2.2 访问元素

2.3 元组的元素是否可修改

2.3 切片

3. set

3.1 创建 set

3.2 增删元素

3.3 检查是否包含某个元素

4. 词典(Dictionary)

4.1 创建 dict

4.2 增删改查

4.3 list VS dict

5. range

1. `list`

2. `tuple`

3. `set`

3.1 创建 `set`

4.1 创建 `dict`

4.3 `list` VS `dict`

5. `range`