Python3 数据结构
本章节我们主要结合前面所学的知识点来介绍Python数据结构。
列表
Python中列表是可变的，这是它区别于字符串和元组的最重要的特点，一句话概括即：列表可以修改，而字符串和元组不能。
以下是 Python 中列表的方法：
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| list.append(x) | 把一个元素添加到列表的结尾，相当于 a[len(a):] = [x]。 |
| list.extend(L) | 通过添加指定列表的所有元素来扩充列表，相当于 a[len(a):] = L。 |
| list.insert(i, x) | 在指定位置插入一个元素。第一个参数是准备插入到其前面的那个元素的索引，例如 a.insert(0, x) 会插入到整个列表之前，而 a.insert(len(a), x) 相当于 a.append(x) 。 |
| list.remove(x) | 删除列表中值为 x 的第一个元素。如果没有这样的元素，就会返回一个错误。 |
| list.pop([i]) | 从列表的指定位置移除元素，并将其返回。如果没有指定索引，a.pop()返回最后一个元素。元素随即从列表中被移除。（方法中 i 两边的方括号表示这个参数是可选的，而不是要求你输入一对方括号，你会经常在 Python 库参考手册中遇到这样的标记。） |
| list.clear() | 移除列表中的所有项，等于del a[:]。 |
| list.index(x) | 返回列表中第一个值为 x 的元素的索引。如果没有匹配的元素就会返回一个错误。 |
| list.count(x) | 返回 x 在列表中出现的次数。 |
| list.sort() | 对列表中的元素进行排序。 |
| list.reverse() | 倒排列表中的元素。 |
| list.copy() | 返回列表的浅复制，等于a[:]。 |
下面示例演示了列表的大部分方法：
实例
>>>print(a.count(333), a.count(66.25), a.count('x'))
210
>>> a.insert(2, -1)
>>> a.append(333)
>>> a
[66.25,333, -1,333,1,1234.5,333]
>>> a.index(333)
1
>>> a.remove(333)
>>> a
[66.25, -1,333,1,1234.5,333]
>>> a.reverse()
>>> a
[333,1234.5,1,333, -1,66.25]
>>> a.sort()
>>> a
[-1,1,66.25,333,333,1234.5]
注意：类似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法没有返回值。
将列表当做堆栈使用
列表方法使得列表可以很方便的作为一个堆栈来使用，堆栈作为特定的数据结构，最先进入的元素最后一个被释放（后进先出）。用 append() 方法可以把一个元素添加到堆栈顶。用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从堆栈顶释放出来。例如：
实例
>>> stack.append(6)
>>> stack.append(7)
>>> stack
[3,4,5,6,7]
>>> stack.pop()
7
>>> stack
[3,4,5,6]
>>> stack.pop()
6
>>> stack.pop()
5
>>> stack
[3,4]
将列表当作队列使用
也可以把列表当做队列用，只是在队列里第一加入的元素，第一个取出来；但是拿列表用作这样的目的效率不高。在列表的最后添加或者弹出元素速度快，然而在列表里插入或者从头部弹出速度却不快（因为所有其他的元素都得一个一个地移动）。
实例
>>> queue = deque(["Eric","John","Michael"])
>>> queue.append("Terry") # Terry arrives
>>> queue.append("Graham") # Graham arrives
>>> queue.popleft() # The first to arrive now leaves
'Eric'
>>> queue.popleft() # The second to arrive now leaves
'John'
>>> queue # Remaining queue in order of arrival
deque(['Michael','Terry','Graham'])
列表推导式
列表推导式提供了从序列创建列表的简单途径。通常应用程序将一些操作应用于某个序列的每个元素，用其获得的结果作为生成新列表的元素，或者根据确定的判定条件创建子序列。
每个列表推导式都在 for 之后跟一个表达式，然后有零到多个 for 或 if 子句。返回结果是一个根据表达从其后的 for 和 if 上下文环境中生成出来的列表。如果希望表达式推导出一个元组，就必须使用括号。
这里我们将列表中每个数值乘三，获得一个新的列表：
>>>[3*x for x in vec]
[6,12,18]
现在我们玩一点小花样：
[[2,4],[4,16],[6,36]]
这里我们对序列里每一个元素逐个调用某方法：
实例
>>>[weapon.strip()for weapon in freshfruit]
['banana','loganberry','passion fruit']
我们可以用 if 子句作为过滤器：
[12,18]
>>>[3*x for x in vec if x <2]
[]
以下是一些关于循环和其它技巧的演示：
>>> vec2 =[4,3, -9]
>>>[x*y for x in vec1 for y in vec2]
[8,6, -18,16,12, -36,24,18, -54]
>>>[x+y for x in vec1 for y in vec2]
[6,5, -7,8,7, -5,10,9, -3]
>>>[vec1[i]*vec2[i]for i inrange(len(vec1))]
[8,12, -54]
列表推导式可以使用复杂表达式或嵌套函数：
['3.1','3.14','3.142','3.1416','3.14159']
嵌套列表解析
Python的列表还可以嵌套。
以下实例展示了3X4的矩阵列表：
... [1,2,3,4],
... [5,6,7,8],
... [9,10,11,12],
... ]
以下实例将3X4的矩阵列表转换为4X3列表：
[[1,5,9],[2,6,10],[3,7,11],[4,8,12]]
以下实例也可以使用以下方法来实现：
>>>for i inrange(4):
... transposed.append([row[i]for row in matrix])
...
>>> transposed
[[1,5,9],[2,6,10],[3,7,11],[4,8,12]]
另外一种实现方法：
>>>for i inrange(4):
... # the following 3 lines implement the nested listcomp
... transposed_row=[]
... for row in matrix:
... transposed_row.append(row[i])
... transposed.append(transposed_row)
...
>>> transposed
[[1,5,9],[2,6,10],[3,7,11],[4,8,12]]
del 语句
使用 del 语句可以从一个列表中根据索引来删除一个元素，而不是值来删除元素。这与使用 pop() 返回一个值不同。可以用 del 语句从列表中删除一个切割，或清空整个列表（我们以前介绍的方法是给该切割赋一个空列表）。例如：
>>>del a[0]
>>> a
[1,66.25,333,333,1234.5]
>>>del a[2:4]
>>> a
[1,66.25,1234.5]
>>>del a[:]
>>> a
[]
也可以用 del 删除实体变量：
>>> del a
元组和序列
元组由若干逗号分隔的值组成，例如：
>>> t[0]
12345
>>> t
(12345,54321,'hello!')
>>># Tuples may be nested:
... u= t,(1,2,3,4,5)
>>> u
((12345,54321,'hello!'),(1,2,3,4,5))
如你所见，元组在输出时总是有括号的，以便于正确表达嵌套结构。在输入时可能有或没有括号， 不过括号通常是必须的（如果元组是更大的表达式的一部分）。
集合
集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。
可以用大括号({})创建集合。注意：如果要创建一个空集合，你必须用 set() 而不是 {} ；后者创建一个空的字典，下一节我们会介绍这个数据结构。
以下是一个简单的演示：
>>>print(basket) # 删除重复的
{'orange','banana','pear','apple'}
>>>'orange'in basket # 检测成员
True
>>>'crabgrass'in basket
False
>>># 以下演示了两个集合的操作
...
>>> a =set('abracadabra')
>>> b =set('alacazam')
>>> a # a 中唯一的字母
{'a','r','b','c','d'}
>>> a - b # 在 a 中的字母，但不在 b 中
{'r','d','b'}
>>> a | b # 在 a 或 b 中的字母
{'a','c','r','d','b','m','z','l'}
>>> a & b # 在 a 和 b 中都有的字母
{'a','c'}
>>> a ^ b # 在 a 或 b 中的字母，但不同时在 a 和 b 中
{'r','d','b','m','z','l'}
集合也支持推导式：
>>> a
{'r','d'}
字典
另一个非常有用的 Python 内建数据类型是字典。
序列是以连续的整数为索引，与此不同的是，字典以关键字为索引，关键字可以是任意不可变类型，通常用字符串或数值。
理解字典的最佳方式是把它看做无序的键=>值对集合。在同一个字典之内，关键字必须是互不相同。
一对大括号创建一个空的字典：{}。
这是一个字典运用的简单例子：
>>> tel['guido']=4127
>>> tel
{'sape': 4139,'guido': 4127,'jack': 4098}
>>> tel['jack']
4098
>>>del tel['sape']
>>> tel['irv']=4127
>>> tel
{'guido': 4127,'irv': 4127,'jack': 4098}
>>>list(tel.keys())
['irv','guido','jack']
>>>sorted(tel.keys())
['guido','irv','jack']
>>>'guido'in tel
True
>>>'jack'notin tel
False
构造函数 dict() 直接从键值对元组列表中构建字典。如果有固定的模式，列表推导式指定特定的键值对：
{'sape': 4139,'jack': 4098,'guido': 4127}
此外，字典推导可以用来创建任意键和值的表达式词典：
{2: 4,4: 16,6: 36}
如果关键字只是简单的字符串，使用关键字参数指定键值对有时候更方便：
{'sape': 4139,'jack': 4098,'guido': 4127}
遍历技巧
在字典中遍历时，关键字和对应的值可以使用 items() 方法同时解读出来：
>>>for k, v in knights.items():
... print(k, v)
...
gallahad the pure
robin the brave
在序列中遍历时，索引位置和对应值可以使用 enumerate() 函数同时得到：
... print(i, v)
...
0 tic
1 tac
2 toe
同时遍历两个或更多的序列，可以使用 zip() 组合：
>>> answers =['lancelot','the holy grail','blue']
>>>for q, a inzip(questions, answers):
... print('What is your {0}? It is {1}.'.format(q, a))
...
Whatis your name? It is lancelot.
Whatis your quest? It is the holy grail.
Whatis your favorite color? It is blue.
要反向遍历一个序列，首先指定这个序列，然后调用 reversed() 函数：
... print(i)
...
9
7
5
3
1
要按顺序遍历一个序列，使用 sorted() 函数返回一个已排序的序列，并不修改原值：
>>>for f insorted(set(basket)):
... print(f)
...
apple
banana
orange
pear