5.3 字典及其应用

课程信息 - 课程名称：Python基础及应用 - 教学平台：Anaconda Jupyter Notebook

课前思考：在我们日常生活中，查字典是如何工作的？我们通过”关键词”（key）快速找到对应的”解释”（value）。Python中的字典正是借鉴了这一思想，让我们能够以极高的效率存储和查找数据。比如商品ID与价格、用户ID与信息、课程代码与成绩等，字典将是处理这些数据的得力工具！

5.3.1 字典概述

一、字典的概念

字典（Dictionary） 是Python中一种非常重要的映射类型（Mapping Type） 数据结构。与列表、元组等序列类型不同，字典中的数据不是按位置索引的，而是通过键（Key） 来访问值（Value） 的。

核心特征： - 键值对（Key-Value Pair） 存储：每个元素都是一个键值对，形如 key: value - 无序性（Python 3.7+ 中保持插入顺序，但这是实现细节，不应依赖） - 高效查找：通过键查找值的时间复杂度为 O(1)，即常数时间

生活类比： - 📖 真实字典：通过”词语”找”释义” - 🏫 CK学校教务系统：通过”学号”找”学生信息” - 🗺️ 重庆地铁线路图：通过”站点名”找”换乘信息”

二、字典的定义

1. 使用花括号 {} 创建字典

# 基础语法：{键1: 值1, 键2: 值2, ..., 键n: 值n}# 示例1：创建一个空字典empty_dict = {}print(f"空字典：{empty_dict}, 类型：{type(empty_dict)}")# 示例2：CK学校部分专业信息字典ck_majors = {"数字经济": "经济管理学院",                  "工商管理": "经济管理学院", "计算机科学": "人工智能学院",                  "土木工程": "建筑学院",                  "环境设计": "艺术学院"}print(f"\nCK学校专业字典：{ck_majors}")# 示例3：重庆部分区县GDP数据（2023年模拟数据）cq_district_gdp = {"渝中区": 1560.5,                  "江北区": 1620.3,                  "渝北区": 2450.8,                  "九龙坡区": 1890.2,                  "沙坪坝区": 1120.6}print(f"\n重庆区县GDP字典：{cq_district_gdp}")

输出结果：

空字典：{}, 类型：CK学校专业字典：{'数字经济': '经济管理学院', '工商管理': '经济管理学院', '计算机科学': '人工智能学院', '土木工程': '建筑学院', '环境设计': '艺术学院'}重庆区县GDP字典：{'渝中区': 1560.5, '江北区': 1620.3, '渝北区': 2450.8, '九龙坡区': 1890.2, '沙坪坝区': 1120.6}

2. 使用 dict() 构造函数创建

# 方式1：通过关键字参数（键必须是合法的标识符）student_info =dict(name="张三", age=20, major="数字经济", school="CK")print(f"学生信息：{student_info}")# 方式2：通过可迭代对象（列表套元组/列表）courses =dict([("Python基础", 3.0),("经济学原理", 2.5),("数据分析", 3.5)])print(f"\n课程学分：{courses}")# 方式3：通过zip函数合并两个序列course_codes = ["CS101", "ECO201", "DAT301"]course_names = ["程序设计基础", "微观经济学", "大数据分析"]course_dict =dict(zip(course_codes, course_names))print(f"\n课程代码映射：{course_dict}")# 方式4：fromkeys() 创建具有默认值的字典# 场景：初始化CK学校5个学院的评分数组，初始分数都为0colleges = ["经济管理学院", "人工智能学院", "建筑学院", "艺术学院", "人文学院"]ratings =dict.fromkeys(colleges, 0)print(f"\n学院评分初始化：{ratings}")

输出结果：

学生信息：{'name': '张三', 'age': 20, 'major': '数字经济', 'school': 'CK'}课程学分：{'Python基础': 3.0, '经济学原理': 2.5, '数据分析': 3.5}课程代码映射：{'CS101': '程序设计基础', 'ECO201': '微观经济学', 'DAT301': '大数据分析'}学院评分初始化：{'经济管理学院': 0, '人工智能学院': 0, '建筑学院': 0, '艺术学院': 0, '人文学院': 0}

🔍 知识点串联回忆： - 这里的 zip() 函数我们在第4章循环中学过，它可以将多个可迭代对象”压缩”在一起 - dict.fromkeys() 中的默认值问题需要注意：如果默认值是可变对象（如列表），所有键将共享同一个对象！

# ⚠️ 陷阱演示：使用可变对象作为默认值wrong_init =dict.fromkeys(["A", "B", "C"], [])# 错误！三个键共享同一个列表wrong_init["A"].append(100)print(f"错误初始化结果：{wrong_init}")# 三个键的值都变成了[100]！# ✅ 正确做法：使用字典推导式（回顾第4章的循环知识）correct_init = {key: [] for key in ["A", "B", "C"]}correct_init["A"].append(100)print(f"正确初始化结果：{correct_init}")

三、键的不可变与唯一性

这是字典最核心的两个约束条件，理解它们对正确使用字典至关重要。

1. 键的不可变性（Immutability）

规则：字典的键必须是不可变类型（Immutable Type）。

哪些类型可以作为键？ - ✅ 数值型：int, float（但需注意浮点精度问题） - ✅ 字符串：str（最常用的键类型） - ✅ 元组：tuple（但元组内元素也必须是不可变的） - ❌ 列表：list（可变，不能作为键） - ❌ 字典：dict（可变，不能作为键） - ❌ 集合：set（可变，不能作为键）

# ✅ 合法的字典键示例# 1. 字符串键（最常用）student_scores = {"张三": 85, "李四": 92, "王五": 78}print("字符串键：", student_scores)# 2. 整数键（适合序号、ID等）seat_assignment = {1: "张三", 2: "李四", 3: "王五"}print("整数键：", seat_assignment)# 3. 元组键（适合坐标、复合索引等）# 场景：CK学校教学楼座位预约系统，(楼层, 教室号, 座位号) 作为键reservation = {(1, 101, 15): "张三",                  (2, 205, 8): "李四",                  (3, 310, 22): "王五"}print("元组键：", reservation)# 4. 混合类型键（不推荐，但合法）mixed_keys = {"name": "CK学校",                  2024: "建校年份",                  (29.56, 106.55): "重庆坐标"# 重庆的大致经纬度}print("混合键：", mixed_keys)

# ❌ 非法的字典键示例（会报错）# 尝试使用列表作为键try:invalid_dict = {["A", "B"]: "值"}# TypeError!exceptTypeErroras e:print(f"错误：{e}")# 尝试使用字典作为键try:invalid_dict2 = {{"a": 1}: "值"}# TypeError!exceptTypeErroras e:print(f"错误：{e}")# 尝试使用集合作为键try:invalid_dict3 = {{"A", "B"}: "值"}# TypeError!exceptTypeErroras e:print(f"错误：{e}")

为什么键必须不可变？

字典内部使用哈希表（Hash Table） 实现。键的哈希值在字典创建时计算，并用于确定值的存储位置。如果键可变，其哈希值会改变，导致无法找到对应的值！

# 哈希值演示print(f"'CK学校'的哈希值：{hash('CK学校')}")print(f"2024的哈希值：{hash(2024)}")print(f"(1, 2, 3)的哈希值：{hash((1, 2, 3))}")# 尝试获取列表的哈希值（会报错）try:print(hash([1, 2, 3]))exceptTypeErroras e:print(f"列表的哈希错误：{e}")

2. 键的唯一性（Uniqueness）

规则：字典中的键必须是唯一的。如果定义时重复，后面的值会覆盖前面的值。

# 键重复演示duplicate_keys = {"Python": 90,                  "Java": 85,                  "Python": 95# 重复的键，会覆盖前面的值}print(f"重复键结果：{duplicate_keys}")# 输出：{'Python': 95, 'Java': 85}# 实际应用场景：统计CK学校各学院的学生人数# 数据可能有重复录入，字典自动去重保留最后一条raw_data = [("经济管理学院", 1200),("人工智能学院", 800),("经济管理学院", 1250),# 更新后的数据("建筑学院", 600)]# 转换为字典（后面的值覆盖前面的）college_students =dict(raw_data)print(f"\n各学院学生人数：{college_students}")# 经济管理学院显示1250，而不是1200

🔍 知识点串联回忆： - 这与集合（Set）的”元素唯一性”类似（我们在5.4节会学到集合） - 回想第2章学的赋值语句：x = 5; x = 10，变量可以被覆盖，字典的值也是如此

5.3.2 字典处理

一、字典中数据的访问和处理

1. 通过键访问值（索引访问）

# 创建CK学校食堂评价字典ck_canteen = {"一食堂": 4.5,                  "二食堂": 4.2,                  "三食堂": 4.8,                  "美食街": 4.6,                  "教工餐厅": 4.9}# 基础访问print(f"三食堂评分：{ck_canteen['三食堂']}")# 访问不存在的键（会报错）try:print(ck_canteen["四食堂"])# KeyError!exceptKeyErroras e:print(f"访问错误：键 {e} 不存在")

2. 使用 get() 方法安全访问

# get() 方法：键不存在时返回None或默认值score1 = ck_canteen.get("三食堂")# 存在，返回4.8score2 = ck_canteen.get("四食堂")# 不存在，返回Nonescore3 = ck_canteen.get("四食堂", "暂无评分")# 不存在，返回默认值print(f"三食堂：{score1}")print(f"四食堂（无默认）：{score2}")print(f"四食堂（有默认）：{score3}")

对比总结： | 方式 | 键存在 | 键不存在 | 适用场景 | |——|——–|———-|———-| | dict[key] | 返回值 | 抛出KeyError | 确定键存在时 | | dict.get(key) | 返回值 | 返回None | 不确定键是否存在 | | dict.get(key, default) | 返回值 | 返回default | 需要默认值时 |

3. 添加和修改数据

# 创建重庆旅游景点门票价格字典（单位：元）cq_attractions = {"洪崖洞": 0,                  "解放碑": 0,                  "磁器口": 0,                  "长江索道": 20,                  "武隆天坑": 125}# 添加新键值对cq_attractions["大足石刻"] =140cq_attractions["三峡博物馆"] =0print(f"添加后：{cq_attractions}")# 修改已有键的值cq_attractions["长江索道"] =30# 涨价了print(f"修改后：{cq_attractions}")# 批量更新（使用update方法）new_attractions = {"白公馆": 0,                  "渣滓洞": 0,                  "南山一棵树": 30}cq_attractions.update(new_attractions)print(f"批量更新后：{cq_attractions}")# update也可以用来修改cq_attractions.update({"长江索道": 25, "武隆天坑": 135})print(f"批量修改后：{cq_attractions}")

4. 删除数据

# 创建CK学校图书馆借阅规则字典library_rules = {"本科生": 10,                  "研究生": 20,                  "教职工": 30,                  "临时卡": 2,                  "过期卡": 0}# 方法1：del 语句删除指定键del library_rules["过期卡"]print(f"del删除后：{library_rules}")# 方法2：pop() 删除并返回值grad_limit = library_rules.pop("研究生")print(f"pop返回值：{grad_limit}")print(f"pop删除后：{library_rules}")# 方法3：popitem() 删除并返回最后插入的键值对（LIFO）# Python 3.7+ 保持插入顺序，所以删除的是最后添加的last_item = library_rules.popitem()print(f"popitem返回值：{last_item}")print(f"popitem删除后：{library_rules}")# 方法4：clear() 清空字典temp_dict = {"A": 1, "B": 2}temp_dict.clear()print(f"清空后：{temp_dict}")

二、字典的运算符和表达式

1. 成员运算符：in 和 not in

# 创建CK学校专业设置字典ck_programs = {"数字经济": "本科",                  "大数据管理": "本科",                  "人工智能": "本科",                  "土木工程": "本科",                  "建筑学": "本科",                  "视觉传达": "专科"}# 判断键是否存在（注意：只能判断键，不能判断值！）print(f"'数字经济'是否在专业中：{'数字经济'in ck_programs}")print(f"'金融学'是否在专业中：{'金融学'in ck_programs}")print(f"'专科'是否在专业中：{'专科'in ck_programs}")# False！这是值不是键# 结合第3章分支结构使用major =input("请输入专业名称：")if major in ck_programs:level = ck_programs[major]print(f"{major}是{level}专业")else:print(f"抱歉，CK学校没有开设{major}专业")

🔍 知识点串联回忆： - in 运算符在第4章循环中用于遍历：for item in iterable: - 在字典中，in 判断的是键，不是值！这与列表、元组不同（它们判断的是元素）

2. 比较运算符

# 字典的比较（Python 3中移除了<, >等比较，只保留==和!=）dict1 = {"A": 1, "B": 2}dict2 = {"B": 2, "A": 1}# 顺序不同dict3 = {"A": 1, "B": 3}print(f"dict1 == dict2（顺序不同）：{dict1 == dict2}")# True，字典无序print(f"dict1 == dict3（值不同）：{dict1 == dict3}")# Falseprint(f"dict1 != dict3：{dict1 != dict3}")# True