3.1　容器類型

第2章我們介紹了Python中的基本數(shù)據(jù)類型，分別是整型、浮點型、字符串型以及布爾類型。在了解了基本數(shù)據(jù)類型后，我們便可以編寫簡單的Python代碼，但想實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯還是會稍顯吃力。本節(jié)我們學(xué)習(xí)Python中的容器類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它能讓讀者在編寫復(fù)雜程序時更加游刃有余。

3.1.1　列表

列表（list）是一種有序容器，可以向其中添加或刪除任意元素。在Python中，我們可以使用list方法創(chuàng)建一個空列表，也可以使用一對中括號來創(chuàng)建列表。因為中括號寫起來更簡便，所以通過中括號創(chuàng)建列表更為常見。示例代碼如下：

列表數(shù)據(jù)類型是一種容器類型，列表中可以存放不同數(shù)據(jù)類型的值。上述代碼中，l3列表中就存放了整型、浮點型、字符串型以及布爾類型的值。

容器類型變量中可以存放另一個容器類型變量，如列表中存放列表：

Python中提供了多種方法供我們輕松操作列表，并實現(xiàn)列表中元素的增、刪、改、查。下面簡單介紹列表的常用方法。

通過append方法可以向列表中添加元素，代碼如下：

在Python中，append方法可以將任意元素添加到列表中，以此作為列表中的“一個”元素。注意，append方法不能一次性地向列表中添加多個元素。

一個有趣的想法是，我們通過append方法添加列表后，會產(chǎn)生什么結(jié)果？示例代碼如下：

答案是會產(chǎn)生一個無限層的列表，這種列表通常沒有實際作用。

除append方法外，我們還可以通過extend方法向列表中添加元素。extend方法只接收列表類型的值作為參數(shù)，該方法會將參數(shù)列表中的元素“拼接”到原始列表的尾部。示例代碼如下：

現(xiàn)在，我們知道通過append方法與extend方法可以向列表中添加元素，那么如何獲取列表中的元素呢？列表中的元素可以通過對應(yīng)的下標獲取，下標的起始值為0，代碼如下：

下標可以是正數(shù)，也可以是負數(shù)，列表中的最后一個元素可以通過-1獲取，倒數(shù)第二個元素可以通過-2獲取，依此類推。示例代碼如下：

除單純使用下標獲取單個元素外，我們還可以使用切片獲取一部分元素。切片通過中括號括起，在中括號中填寫開始下標與結(jié)束下標，兩個下標間通過冒號分割。使用切片獲取的元素會包含開始下標對應(yīng)的元素，但不會包含結(jié)束下標對應(yīng)的元素。示例代碼如下：

上述代碼使用切片獲取了a列表中的一部分元素，下標1對應(yīng)著a列表中的2，下標5對應(yīng)著a列表中的6。因為切片返回的數(shù)據(jù)會包含開始下標對應(yīng)的元素，但不會包含結(jié)束下標對應(yīng)的元素，所以結(jié)果為[2,3,4,5]。

除可以獲取元素外，下標還可以作為修改與刪除列表元素的基本操作。示例代碼如下：

上述代碼展示了修改與刪除列表中元素的操作。如果要修改列表中的元素，只需將新的值賦給列表中對應(yīng)下標的元素即可，而刪除列表中的元素可以使用兩種不同的方式。第一種是通過del關(guān)鍵字直接刪除列表中對應(yīng)下標元素的值，第二種是通過remove方法實現(xiàn)刪除效果。如果不知道要刪除的元素在列表中的下標，使用remove方法更加簡單，但remove方法只會刪除列表中與要刪除值匹配的第一個元素。

在很多情況下，我們需要對列表中的元素進行排序，此時可以使用sort方法實現(xiàn)排序效果。示例代碼如下：

如果需要對列表中的每個元素都進行操作，則可以使用for循環(huán)。例如，判斷列表中的元素是否為偶數(shù)，如果為偶數(shù)，則將其添加到新的列表中，代碼如下：

3.1.2　元組

元組（tuple）同樣是一種有序集合，它與列表非常相似，都可以通過下標、切片等方法取值；但與列表不同的是，元組一旦被初始化便不可修改其中的元素。在Python中，可以通過tuple方法或小括號的形式定義元組，因為元組元素具有不可變更的特性，所以元組在初始化時便會傳入對應(yīng)的值。示例代碼如下：

元組中的元素?zé)o法修改，如果強行修改會拋出錯誤。示例代碼如下：

報錯信息表明，tuple對象不支持修改，但有時會出現(xiàn)讓人困惑的代碼，如下：

上述代碼創(chuàng)建了t1與t2兩個元組，將兩個元組相加后，再賦值給t1，t1元組的內(nèi)容發(fā)生了變化，為何會如此？

其實，原本的t1元組并沒有發(fā)生變化，而是創(chuàng)建了新的t1元組，所以從最終效果上看，像是修改了t1元組本身。使用id方法可以獲取對象的唯一標識，通過唯一標識則可以判斷出不同的變量是否指向相同的對象。示例代碼如下：

回顧2.1.1節(jié)，變量只是一張“便利貼”，便利貼貼在了具體的值上。在上述代碼中，變量t1在一開始貼在了元組(1,2,3,4)上，經(jīng)過累加操作后，變量t1貼在了新的元組上，而原本的元組(1,2,3,4)依舊存在且沒有改變。

與列表相似，可以通過下標或切片的方法獲取元組的值。示例代碼如下：

因為元組不可改變的特性，所以元組對象沒有提供修改、增加、刪除等方法。

元組是容器類型對象，容器類型對象可以存放容器類型對象本身，那么元組中是否可以存放列表呢？當然可以，使用元組存放列表會出現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象，代碼如下：

上述代碼創(chuàng)建了元組t，元組t的第3個元素是一個列表。元組中的元素是不可修改的，但上述代碼似乎對元組元素進行了修改，而且還修改成功了。

其實元組中的元素并沒有被修改，修改的是元組列表中的元素，如圖3.1所示。元組t中第3個元素為列表，列表中的元素是可以修改的，但元組依舊指向原本的列表，所以元組中的元素并沒有改變。

3.1.3　字典

字典（dict）是一種由鍵值對（key-value）構(gòu)成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中鍵與值通過冒號分割，我們通過鍵可以快速查找到對應(yīng)的值。在Python中，我們可以通過dict方法或花括號來構(gòu)建字典。示例代碼如下：

字典數(shù)據(jù)類型沒有下標的概念，只可以通過鍵值獲取字典中對應(yīng)的值。字典的使用方法與列表類似，不同之處在于列表使用中括號填寫的是列表下標，而字典使用中括號填寫的是字典中的鍵值。示例代碼如下：

向字典中添加新的元素或修改已存在的元素都需要通過鍵值來完成。例如，如果想修改字典中元素的值，那么需要先通過鍵值定位元素，再直接將新的值賦給該元素，代碼如下：

刪除字典中的某個元素可以使用del方法，但如果想要清空整個字典，則需要使用clear方法。示例代碼如下：

清空字典的另一種方法是直接將空字典賦值給當前字典變量，與clear方法不同，原本字典中的值其實沒有被刪除，我們只是將字典變量“便利貼”貼到了新的字典對象上，通過id方法可以看出兩者不同。示例代碼如下：

字典獲取數(shù)據(jù)依賴于鍵值，這要求字典中的鍵值不可重復(fù)以及不可變。不可重復(fù)很好理解，一個字典中不會存在多個相同的鍵值，如果存在，那么使用最新的鍵值。示例代碼如下：

不可變的含義不太好理解，回顧3.1.2節(jié)中元組相關(guān)內(nèi)容，元組就是不可變對象，而列表是可變對象。不可變?nèi)缱置婧x，對象的內(nèi)容不可被改變，其中整型、浮點型、字符串型以及元組型都是不可變類型，都可以作為字典的鍵。

字典中的每個元素都具有鍵與值，通過for循環(huán)遍歷字典時，默認只會獲取字典元素中的鍵；如果想要獲取鍵與值，則需要使用items方法。示例代碼如下：

我們可以結(jié)合字典與列表構(gòu)成更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)更復(fù)雜的代碼。例如，有一個字典d，具體的值為{'a':1,'b':1,'c':3,'d':4,'e':3,'f':1,'g':4}，是否可以將具有相同值的鍵整理出來？代碼如下：

在上述代碼中，一開始定義了一個新的字典new_d，然后通過for循環(huán)遍歷字典中的鍵與值，接著調(diào)用setdefault方法，該方法會返回某個鍵對應(yīng)的值，如果當前字典中不存在這個鍵，則會將默認值作為該鍵對應(yīng)的值并返回默認值。setdefault方法接收兩個參數(shù)，第一個參數(shù)為鍵，第二個參數(shù)為默認值。

上述代碼中，setdefault方法的具體使用方式為new_d.setdefault(v,[])，這表示先從new_d字典中獲取鍵值為v的值，如果new_d字典中不存在該鍵，則將空列表設(shè)置為該鍵對應(yīng)的值并返回空列表。

因為setdefault方法會返回列表，所以在該方法后，append方法緊接著將對應(yīng)的值添加到相應(yīng)的列表中，最終將字典d中具有相同值的鍵整合在了一起。

默認的字典是無序的，如果希望創(chuàng)建有序字典，則可以使用collections庫（Python內(nèi)置庫）下的OrderedDict類創(chuàng)建有序字典。示例代碼如下：

通過OrderedDict類創(chuàng)建的有序字典存放的元素是具有順序的，其余功能與普通字典類似。OrderedDict類其實也是基于dict類實現(xiàn)的，這種方法被稱為繼承，關(guān)于繼承的相關(guān)內(nèi)容可以閱讀3.3.2節(jié)。

3.1.4　集合

集合（set）具有如下兩個重要特性。

（1）集合中的元素沒有順序。

（2）集合中不存在重復(fù)元素。

集合元素的無序性讓集合無法像列表那樣通過下標去獲取對應(yīng)的值，集合元素不可重復(fù)的特性可以讓集合用于去除重復(fù)值的場景。

在Python中，可以通過set方法或花括號來創(chuàng)建集合，字典也是使用花括號創(chuàng)建的，但與字典不同，集合中的元素沒有鍵與值的概念。此外，我們只可通過set方法創(chuàng)建空集合，因為使用空花括號會創(chuàng)建字典對象。

Python中提供了多種方法可以輕松操作集合，實現(xiàn)集合中元素的增、刪、改、查。下面我們簡單介紹這些方法。

首先，集合可以通過add或update方法添加元素，代碼如下：

其次，還可以通過remove或discard方法刪除集合中的元素。如果使用remove方法刪除集合中不存在的元素，Python會拋出錯誤，因為remove方法只能刪除存在于集合中的元素；而discard方法則不同，即使要刪除的元素不存在于集合中，也不會發(fā)生錯誤。示例代碼如下：

因為集合具有元素不可重復(fù)的特性，所以常用集合處理去重任務(wù)。例如，要去除列表中重復(fù)的元素，此時就可以先將列表轉(zhuǎn)為集合后再轉(zhuǎn)為列表，代碼如下：

與其他容器類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，集合除支持上述基本操作外，還支持集合間運算。

通過“&”運算符可以計算出兩個集合的交集，代碼如下：

類似地，通過“－”運算符可以計算出兩個集合的差集，通過“|”運算符可以計算出兩個集合的并集，通過“^”運算符可以計算出兩個集合的對稱差集。示例代碼如下：