Python資料結構簡介

四種基本的 Python 資料結構：

清單 - 有序、可變、允許重複元素。對于存儲資料序列很有用。
元組 - 有序、不可變、允許重複元素。将它們視為不可變的清單。
字典 - 無序、可變、由鍵值對映射。對于以鍵值格式存儲資料很有用。
集合 - 無序、可變、包含唯一進制素。對于成員資格測試和消除重複很有用。

除了基本的資料結構之外，Python 還提供了更進階的結構，例如堆、隊列和連結清單，這些可以進一步增強您的編碼能力。這些進階結建構立在基礎結構的基礎上，可以實作更複雜的資料處理，并且通常用于特殊場景。但并不受限于這裡；也可以使用所有現有結構作為基礎來實作您自己的結構。

第 1 步：在 Python 中使用清單

Python 中的清單是什麼？

Python 中的清單是一種有序的、可變的資料類型，可以存儲各種對象，并允許重複元素。清單是通過使用方括号來定義的[ ]，元素之間用逗号分隔。

例如：

fibs = [0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21]

清單對于組織和存儲資料序列非常有用。

建立清單

清單可以包含不同的資料類型，如字元串、整數、布爾值等。例如：

mixed_list = [42, "Hello World!", False, 3.14159]

操作清單

可以通路、添加、更改和删除清單中的元素。例如：

# 通路第二個元素(索引從’0’開始)
print(mixed_list[1])

# 添加元素
mixed_list.append("This is new")

# 更改元素
mixed_list[0] = 5

# 删除第一進制素
mixed_list.pop(0)

清單方法

一些友善的内置清單方法包括：

sort()- 就地排序清單
append()- 将元素添加到清單末尾
insert()- 在索引處插入元素
pop()- 删除索引處的元素
remove()- 删除第一次出現的值
reverse()- 就地反轉清單

示例

# 生成清單
cart = ["apples", "oranges", "grapes"]

# Sort the list 
cart.sort()

# Add new item 
cart.append("blueberries") 

# Remove first item
cart.pop(0)

print(cart)

輸出：

['grapes', 'oranges', 'blueberries']

第 2 步：了解 Python 中的元組

什麼是元組？

元組是 Python 中的另一種序列資料類型，類似于清單。然而，與清單不同，元組是不可變的，這意味着它們的元素一旦建立就不能更改。它們是通過将元素括在括号中來定義的( )。

# Defining a tuple
my_tuple = (1, 2, 3, 4)

何時使用元組

元組通常用于不應修改的項目的集合。元組比清單更快，這使得它們非常适合隻讀操作。一些常見的用例包括：

存儲常量或配置資料
具有多個元件的函數傳回值
字典鍵，因為它們是可散列的

通路元組元素

通路元組中的元素的方式與通路清單元素類似。索引和切片的工作方式相同。

# 通路元組
first_element = my_tuple[0]
sliced_tuple = my_tuple[1:3]

元組操作

由于元組是不可變的，是以許多清單操作（如append()或）remove()不适用。但是，仍然可以執行一些操作：

連接配接：使用+運算符組合元組。

concatenated_tuple = my_tuple + (5, 6)

重複：使用運算符重複元組*。

repeated_tuple = my_tuple * 2

成員資格：檢查元組中是否存在帶有關鍵字的元素in。

exists = 1 in my_tuple

元組方法

鑒于元組的不可變性質，與清單相比，元組的内置方法更少。一些有用的方法包括：

count()：計算特定元素的出現次數。

count_of_ones = my_tuple.count(1)

index()：查找某個值第一次出現的索引。

index_of_first_one = my_tuple.index(1)

元組打包和解包

元組打包和解包是 Python 中友善的功能：

打包：将多個值配置設定給單個元組。

packed_tuple = 1, 2, 3

拆包：将元組元素配置設定給多個變量。

a, b, c = packed_tuple

不可變但不嚴格

雖然元組本身是不可變的，但它們可以包含可變元素，例如清單。

# 包含可變清單的元組
complex_tuple = (1, 2, [3, 4])

請注意，雖然無法更改元組本身，但可以修改其中的可變元素。

第三步：掌握 Python 字典

Python 中的字典是什麼？

Python 中的字典是一種無序、可變的資料類型，用于存儲唯一鍵到值的映射。字典用大括号編寫{ }，由逗号分隔的鍵值對組成。

例如：

student = {"name": "Michael", "age": 22, "city": "Chicago"}

字典對于以結構化方式存儲資料和通過鍵通路值非常有用。

建立字典

字典鍵必須是不可變的對象，例如字元串、數字或元組。字典值可以是任何對象。

student = {"name": "Susan", "age": 23}

prices = {"milk": 4.99, "bread": 2.89}

操作字典

可以通過按鍵通路、添加、更改和删除元素。

# 根據鍵通路元素
print(student["name"])

# 增加一個新的鍵值對
student["major"] = "computer science"  

# 改變一個的鍵值
student["age"] = 25

# 删除一個鍵值對
del student["city"]

字典方法

一些有用的内置方法包括：

keys()- 傳回鍵清單
values()- 傳回值清單
items()- 傳回（鍵，值）元組
get()- 傳回鍵的值，避免 KeyError
pop()- 删除鍵并傳回值
update()- 添加多個鍵值

示例

scores = {"Francis": 95, "John": 88, "Daniel": 82}

# 增加新成績
scores["Zoey"] = 97

# 删除John的成績
scores.pop("John")  

# 通路Daniel的成績
print(scores.get("Daniel"))

# 列印所有同學的名字
print(scores.keys())

第 4 步：Python 中的集合

Python 中的集合是什麼？

Python 中的集合是唯一的、不可變對象的無序、可變的集合。集合是用大括号編寫的{ }，但與字典不同，集合沒有鍵值對。

例如：

numbers = {1, 2, 3, 4}

集合對于成員資格測試、消除重複和數學運算非常有用。

建立一個集合

可以通過将清單傳遞給構造函數來從清單建立集合set()：

my_list = [1, 2, 3, 3, 4]
my_set = set(my_list) # {1, 2, 3, 4}

集合可以包含混合資料類型，例如字元串、布爾值等。

操作集合

可以在集合中添加和删除元素。

numbers.add(5) 

numbers.remove(1)

集合運算

一些有用的集合運算包括：

union()- 傳回兩個集合的并集
intersection()- 傳回集合的交集
difference()- 傳回集合之間的差異
symmetric_difference()- 傳回對稱內插補點

集合示例

A = {1, 2, 3, 4}
B = {2, 3, 5, 6}

# Union - 合運算
print(A | B) 

# 交運算
print(A & B)

# 差運算
print(A - B)

# 對稱差運算
print(A ^ B)

第 5 步：清單、元組、字典和集合的比較

資料結構	是否有序	可變的	重複元素	用例
清單	是的	是的	是的	存儲序列
元組	是的	不	是的	存儲不可變序列
字典	不	是的	鍵：無值：是	存儲鍵值對
集合	不	是的	不	消除重複、會員測試

何時使用每種資料結構

使用清單來擷取有序的、基于序列的資料。對于堆棧/隊列很有用。
使用元組來表示有序的、不可變的序列。當您需要不應更改的固定元素集合時很有用。
使用字典來存儲鍵值資料。對于存儲相關屬性很有用。
使用集合來存儲唯一進制素和數學運算。

五步讓你掌握Python資料結構