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id: 数据结构
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title: 数据结构
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sidebar_position: 2.5
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data: 2022年2月11日
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## 字符串
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所谓**字符串**，就是由零个或多个字符组成的有限序列。在Python程序中，如果我们把单个或多个字符用单引号或者双引号包围起来，就可以表示一个字符串。
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```python
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# 单引号、双引号字符串
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s1 = 'hello, world!'
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s2 = "hello, world!"
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# 以三个双引号或单引号开头的字符串可以折行
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s3 = """
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hello,
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world!
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"""
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#在字符串中使用 \（反斜杠）来表示转义
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s4 = '\n\t\141\u9a86\u660a'
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#字符串开头使用 r 来取消转义
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s5 = r'\n\\hello, world!\\\n'
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#输出：\n\\hello, world!\\\n
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print(s1, s2, s3, s4, s5 end='')
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```
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### 字符串运算
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- 使用`+`运算符来实现字符串的拼接
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- 使用`*`运算符来重复一个字符串的内容
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- 使用`in`和`not in`来判断一个字符串是否包含另外一个字符串（成员运算）
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- 使用`[]`和`[:]`运算符从字符串取出某个字符或某些字符（切片运算）
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```python
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# 字符串 * 运算
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s1 = 'hello ' * 3
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# hello hello hello
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# 字符串相加
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s2 = 'world'
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s1 += s2
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# hello hello hello world
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# 字符串 in、not in运算
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print('ll' in s1) # True
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print('good' in s1) # False
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str2 = 'abc123456'
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# 从字符串中取出指定位置的字符(下标运算)
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print(str2[2]) # c
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# 字符串切片(从指定的开始索引到指定的结束索引)
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print(str2[2:5]) # c12
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print(str2[2:]) # c123456
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print(str2[2::2]) # c246
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print(str2[::2]) # ac246
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print(str2[::-1]) # 654321cba
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print(str2[-3:-1]) # 45
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```
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### 常用字符串函数
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```python
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str1 = 'hello, world!'
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# 通过内置函数len计算字符串的长度
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len(str1) # 13
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# 获得字符串首字母大写的拷贝
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str1.capitalize() # Hello, world!
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# 获得字符串每个单词首字母大写的拷贝
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str1.title() # Hello, World!
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# 获得字符串变大写后的拷贝
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str1.upper() # HELLO, WORLD!
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# 从字符串中查找子串所在位置
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str1.find('or') # 8
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str1.find('shit') # -1
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# 与find类似但找不到子串时会引发异常
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# print(str1.index('or'))
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# print(str1.index('shit'))
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# 检查字符串是否以指定的字符串开头
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str1.startswith('He') # False
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str1.startswith('hel') # True
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# 检查字符串是否以指定的字符串结尾
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str1.endswith('!') # True
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# 将字符串以指定的宽度居中并在两侧填充指定的字符
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str1.center(50, '*')
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# 将字符串以指定的宽度靠右放置左侧填充指定的字符
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str1.rjust(50, ' ')
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str2 = 'abc123456'
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# 检查字符串是否由数字构成
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str2.isdigit() # False
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# 检查字符串是否以字母构成
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str2.isalpha() # False
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# 检查字符串是否以数字和字母构成
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str2.isalnum() # True
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str3 = ' jackfrued@126.com '
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# 获得字符串修剪左右两侧空格之后的拷贝
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str3.strip()
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```
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### 字符串`f`格式化输出
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**Python 3.6** 以后，格式化字符串还有更为简洁的书写方式，就是在字符串前加上字母`f`，我们可以使用下面的语法糖来简化上面的代码。
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```python
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a, b = 5, 10
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print(f'{a} * {b} = {a * b}')
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```
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## 列表（List）
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数值类型是标量类型，也就是说这种类型的对象没有可以访问的内部结构；而字符串类型是一种结构化的、非标量类型，所以才会有一系列的属性和方法。接下来我们要介绍的列表（`list`），也是一种结构化的、非标量类型，它是值的有序序列，每个值都可以通过索引进行标识，定义列表可以将列表的元素放在`[]`中，多个元素用`,`进行分隔，可以使用`for`循环对列表元素进行遍历，也可以使用`[]`或`[:]`运算符取出列表中的一个或多个元素。
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### 定义和操作
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```python
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list1 = [1, 3, 5, 7, 100]
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print(list1) # [1, 3, 5, 7, 100]
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# 乘号表示列表元素的重复
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list2 = ['hello'] * 3
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print(list2) # ['hello', 'hello', 'hello']
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# 计算列表长度(元素个数)
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print(len(list1)) # 5
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# 下标(索引)运算
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print(list1[0]) # 1
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print(list1[4]) # 100
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# print(list1[5]) # IndexError: list index out of range
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print(list1[-1]) # 100
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print(list1[-3]) # 5
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list1[2] = 300
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print(list1) # [1, 3, 300, 7, 100]
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# 通过循环用下标遍历列表元素
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for index in range(len(list1)):
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print(list1[index])
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# 通过for循环遍历列表元素
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for elem in list1:
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print(elem)
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# 通过enumerate函数处理列表之后再遍历可以同时获得元素索引和值
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for index, elem in enumerate(list1):
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print(index, elem)
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```
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### 元素移除
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```python
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list1 = [1, 3, 5, 7, 100]
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# 添加元素
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list1.append(200)
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list1.insert(1, 400)
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# 合并两个列表
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# list1.extend([1000, 2000])
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list1 += [1000, 2000]
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print(list1) # [1, 400, 3, 5, 7, 100, 200, 1000, 2000]
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print(len(list1)) # 9
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# 先通过成员运算判断元素是否在列表中，如果存在就删除该元素
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if 3 in list1:
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list1.remove(3)
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if 1234 in list1:
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list1.remove(1234)
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print(list1) # [1, 400, 5, 7, 100, 200, 1000, 2000]
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# 从指定的位置删除元素
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list1.pop(0)
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list1.pop(len(list1) - 1)
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print(list1) # [400, 5, 7, 100, 200, 1000]
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# 清空列表元素
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list1.clear()
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print(list1) # []
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```
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### 切片
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```python
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fruits = ['grape', 'apple', 'strawberry', 'waxberry']
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fruits += ['pitaya', 'pear', 'mango']
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# 列表切片
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fruits2 = fruits[1:4]
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print(fruits2) # apple strawberry waxberry
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# 可以通过完整切片操作来复制列表
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fruits3 = fruits[:]
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print(fruits3) # ['grape', 'apple', 'strawberry', 'waxberry', 'pitaya', 'pear', 'mango']
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fruits4 = fruits[-3:-1]
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print(fruits4) # ['pitaya', 'pear']
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# 可以通过反向切片操作来获得倒转后的列表的拷贝
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fruits5 = fruits[::-1]
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print(fruits5) # ['mango', 'pear', 'pitaya', 'waxberry', 'strawberry', 'apple', 'grape']
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```
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### 排序
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```python
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list1 = ['orange', 'apple', 'zoo', 'internationalization', 'blueberry']
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list2 = sorted(list1)
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# sorted函数返回列表排序后的拷贝不会修改传入的列表
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# 函数的设计就应该像sorted函数一样尽可能不产生副作用
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list3 = sorted(list1, reverse=True)
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# 通过key关键字参数指定根据字符串长度进行排序而不是默认的字母表顺序
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list4 = sorted(list1, key=len)
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print(list1)
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print(list2)
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print(list3)
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print(list4)
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# 给列表对象发出排序消息直接在列表对象上进行排序
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list1.sort(reverse=True)
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print(list1)
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```
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## 元组
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Python 中的元组与列表类似也是一种容器数据类型，可以用一个变量（对象）来存储多个数据，不同之处在于元组的元素不能修改，在前面的代码中我们已经不止一次使用过元组了。顾名思义，我们把多个元素组合到一起就形成了一个元组，所以它和列表一样可以保存多条数据。
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```python
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# 定义元组
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t = ('骆昊', 38, True, '四川成都')
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print(t)
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# 获取元组中的元素
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print(t[0])
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print(t[3])
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# 遍历元组中的值
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for member in t:
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print(member)
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# 重新给元组赋值
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# t[0] = '王大锤' # TypeError
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# 变量t重新引用了新的元组原来的元组将被垃圾回收
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t = ('王大锤', 20, True, '云南昆明')
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print(t)
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# 将元组转换成列表
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person = list(t)
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print(person)
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# 列表是可以修改它的元素的
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person[0] = '李小龙'
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person[1] = 25
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print(person)
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# 将列表转换成元组
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fruits_list = ['apple', 'banana', 'orange']
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fruits_tuple = tuple(fruits_list)
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print(fruits_tuple)
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```
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## 集合
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Python 中的集合跟数学上的集合是一致的，不允许有重复元素，而且可以进行交集、并集、差集等运算。
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### 创建和使用
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```python
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# 创建集合的字面量语法
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set1 = {1, 2, 3, 3, 3, 2}
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print(set1)
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print('Length =', len(set1))
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# 创建集合的构造器语法(面向对象部分会进行详细讲解)
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set2 = set(range(1, 10))
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set3 = set((1, 2, 3, 3, 2, 1))
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print(set2, set3)
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# 创建集合的推导式语法(推导式也可以用于推导集合)
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set4 = {num for num in range(1, 100) if num % 3 == 0 or num % 5 == 0}
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print(set4)
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```
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### 添加和删除
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```python
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# 添加
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set1.add(4)
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set1.add(5)
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# 更新
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set2.update([11, 12])
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# 删除
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set2.discard(5)
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if 4 in set2:
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set2.remove(4)
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print(set1, set2)
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print(set3.pop())
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print(set3)
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```
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### 交集、并集、差集运算
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```python
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# 集合的交集、并集、差集、对称差运算
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print(set1 & set2)
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# print(set1.intersection(set2))
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print(set1 | set2)
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# print(set1.union(set2))
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print(set1 - set2)
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# print(set1.difference(set2))
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print(set1 ^ set2)
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# print(set1.symmetric_difference(set2))
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# 判断子集和超集
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print(set2 <= set1)
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# print(set2.issubset(set1))
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print(set3 <= set1)
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# print(set3.issubset(set1))
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print(set1 >= set2)
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# print(set1.issuperset(set2))
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print(set1 >= set3)
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# print(set1.issuperset(set3))
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```
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## 字典
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字典是另一种可变容器模型，Python 中的字典跟我们生活中使用的字典是一样一样的，它可以存储任意类型对象，与列表、集合不同的是，字典的每个元素都是由一个键和一个值组成的“键值对”，键和值通过冒号分开。
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```python
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# 创建字典的字面量语法
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scores = {'骆昊': 95, '白元芳': 78, '狄仁杰': 82}
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print(scores)
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# 创建字典的构造器语法
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items1 = dict(one=1, two=2, three=3, four=4)
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# 通过zip函数将两个序列压成字典
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items2 = dict(zip(['a', 'b', 'c'], '123'))
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# 创建字典的推导式语法
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items3 = {num: num ** 2 for num in range(1, 10)}
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print(items1, items2, items3)
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# 通过键可以获取字典中对应的值
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print(scores['骆昊'])
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print(scores['狄仁杰'])
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# 对字典中所有键值对进行遍历
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for key in scores:
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print(f'{key}: {scores[key]}')
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# 更新字典中的元素
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scores['白元芳'] = 65
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scores['诸葛王朗'] = 71
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scores.update(冷面=67, 方启鹤=85)
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print(scores)
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if '武则天' in scores:
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print(scores['武则天'])
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print(scores.get('武则天'))
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# get方法也是通过键获取对应的值但是可以设置默认值
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print(scores.get('武则天', 60))
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# 删除字典中的元素
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print(scores.popitem())
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print(scores.popitem())
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print(scores.pop('骆昊', 100))
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# 清空字典
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scores.clear()
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print(scores)
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```
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## 循环技巧
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在字典中循环时，用 `items()` 方法可同时取出键和对应的值：
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```python
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knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}
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for k, v in knights.items():
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print(k, v)
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# gallahad the pure
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# robin the brave
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```
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在序列中循环时，用 `enumerate()` 函数可以同时取出位置索引和对应的值：
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```python
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for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):
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print(i, v)
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# 0 tic
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# 1 tac
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||
# 2 toe
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```
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同时循环两个或多个序列时，用 `zip()` 函数可以将其内的元素一一匹配：
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```python
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questions = ['name', 'quest', 'favorite color']
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answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']
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for q, a in zip(questions, answers):
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print(f'What is your {q}? It is {a}.')
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# What is your name? It is lancelot.
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# What is your quest? It is the holy grail.
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# What is your favorite color? It is blue.
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```
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## 生成式
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```python
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f = [x for x in range(1, 10)]
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print(f)
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f = [x + y for x in 'ABCDE' for y in '1234567']
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print(f)
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# 用列表的生成表达式语法创建列表容器
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# 用这种语法创建列表之后元素已经准备就绪所以需要耗费较多的内存空间
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f = [x ** 2 for x in range(1, 1000)]
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print(sys.getsizeof(f)) # 查看对象占用内存的字节数
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||
print(f)
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||
# 请注意下面的代码创建的不是一个列表而是一个生成器对象
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||
# 通过生成器可以获取到数据但它不占用额外的空间存储数据
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||
# 每次需要数据的时候就通过内部的运算得到数据(需要花费额外的时间)
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||
f = (x ** 2 for x in range(1, 1000))
|
||
print(sys.getsizeof(f)) # 相比生成式生成器不占用存储数据的空间
|
||
print(f)
|
||
for val in f:
|
||
print(val)
|
||
```
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||
## 生成器
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Python中还有另外一种定义生成器的方式，就是通过`yield`关键字将一个普通函数改造成生成器函数。
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||
```python
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def fib(n):
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a, b = 0, 1
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for _ in range(n):
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a, b = b, a + b
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yield a
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def main():
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for val in fib(20):
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print(val)
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||
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||
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||
if __name__ == '__main__':
|
||
main()
|
||
``` |