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【python3基础教程】数据结构

  • 2026-10-11 08:33:23
【python3基础教程】数据结构

1、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。

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[:]。

注意:insert、remove或sort等修改列表的方法没有返回值。

2、列表堆栈

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,最先进的元素最后一个被释放(先进后出,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()方法默认把最后一个元素从堆栈释放出来。堆栈特点:先进后出,后进先出

>>>stack = [3, 4, 5]>>>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]

3、列表队列

队列也是一种数据结构,最先进的元素最先取出来(先进先出,后进后出)。但是用列表做队列效率不高,因为在列表的最后添加或者弹出元素速度极快,然而在列表里插入或者取第一个元素的速度却不快(因为所有其他元素都得一个一个地移动)

from collections import dequequeue = deque(["first","second","thirth"])queue.append("fourth")# 取开头第一个的元素queue.popleft()#取结尾最后一个元素queue.pop()

4、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;如果希望表达式推导出一个集合,就必须使用花括号;如果希望表达式推导出一个字典,就必须使用花括号加键值对。

实例:

vec = [2, 4, 6][3*x for x in vec][[x, x**2] for x in vec]# 也可以在表达式里用内置方法freshfruit = ['  banana', '  loganberry ', 'passion fruit  '][weapon.strip() for weapon in freshfruit]# 加if或if.else判断,注意if.else一定是在for前[3*x for x in vec if x>3][x if x<3 else x*x for x in vec]# 循环嵌套vec1 = [2, 4, 6]vec2 = [4, 3, -9][x*y for x in vec1 for y in vec2][vec1[i]*vec2[i] for i in range(len(vec1))]# 函数嵌套,内置函数或自定义函数都可以,自定义函数需要有返回值[str(round(355/113, i))  for i in range(1, 6)][custom(round(355/113, i))  for i in range(1, 6)]

5、列表嵌套

列表嵌套有时候需要做转换或扁平化

以下实例展示了3X4的矩阵列表:

>>>matrix = [...     [1, 2, 3, 4],...     [5, 6, 7, 8],...     [9, 10, 11, 12],... ]
# 扁平化[x for row in matrix for x in row]# 将3X4的矩阵列表转换为4X3列表[[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]for i in range(4):transposed.append([row[i] for row in matrix])transposed = []for i in range(4):transposed_row = []for row in matrix:transposed_row.append(row[i])transposed.append(transposed_row)

6、del语句

使用 del 语句可以从一个列表中依索引而不是值来删除一个元素。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),也可以直接删除一个变量对象。

>>>a = [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]>>>del a[0]>>>a[1, 66.25, 333, 333, 1234.5]>>>del a[2:4]>>>a[1, 66.25, 1234.5]>>>del a[:]>>>a[]>>>del a

作用:最大的作用就是当数据用完的时候,删除在内存中的缓存,可以优化内存资源占用

7、元组

元组在python中是一种有序、不可变的序列类型,它可以存储任意类型的数据。元组的元素在定义后不能被修改,这使得元组在某些场景下非常有用。

1、数据完整性

元组的不可变性确保了数据的完整性。当你需要存储一组值,但不希望这些值在后续操作中被修改时,元组是一个很好的选择。

2、作为字典的键

由于元组是不可变的,它可以被用作字典的键,而列表等可变类型则不能。

3、函数返回值

函数可以返回元组,以同时返回多个值。这在需要返回多个相关结果时非常有用。

4、数据交换

元组可以用于简单的变量交换,无需借助临时变量。

a, b = 5, 10a, b = b, aprint("a =", a)  # 输出: a = 10print("b =", b)  # 输出: b = 5

5、函数参数传递

元组可以用于将多个参数打包成一个单一的实体传递给函数。

def add_numbers(numbers):return numbers[0] +numbers[1]result = add_numbers((3, 4))print(result)  # 输出: 7

6、序列解包

元组支持序列解包,可以方便地将元组中的值赋给多个变量。

# 序列解包coordinates = (10, 20)x, y = coordinatesprint("x =", x)  # 输出: x = 10print("y =", y)  # 输出: y = 20

7、性能优化,访问更快

元组的不可变性使得它在内存使用和访问速度上通常比列表更高效,特别是在存储大量数据时。

8、作为函数参数的默认值

由于元组是不可变的,它可以安全地用作函数参数的默认值,而不用担心默认值在多次函数调用中被修改。

def greet(name, message=("Hello", "How are you?")):print(f"{message[0]}, {name}! {message[1]}")greet("Alice")  # 输出: Hello, Alice! How are you?

8、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。

集合也支持推导式,为了方便元素去重,更多操作可以看前面集合章节。

成员符号查找元素,把list转换为set,set查找比list快一个数量级

9、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:{}。

构造函数 dict() 直接从键值对元组列表中构建字典:

>>>dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)]){'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}

字典推导可以用来创建任意键和值的表达式词典:

>>> {x: x**2 for x in (2, 4, 6)}{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:

>>>dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098){'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}

更多操作可以看前面字典章节。

10、遍历技巧

1、item()

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:

>>>knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}>>>for k, v in knights.items():...     print(k, v)...gallahadthepurerobinthebrave

2、enumerate()

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,第二个参数可以设置索引的值:

>>>for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):...     print(i, v)...0tic1tac2toe

3、zip()

同时遍历两个或更多的序列,可以使用 zip() 组合:

>>>questions = ['name', 'quest', 'favorite color']>>>answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']>>>for q, a in zip(questions, answers):...     print('What is your {0}?  It is {1}.'.format(q, a))...What is yourname?It is lancelot.What is yourquest?It is theholygrail.What is yourfavoritecolor?It is blue.

4、reversed()

要反向遍历一个序列,首先指定这个序列,然后调用 reversed() 函数:

>>>for i in reversed(range(1, 10, 2)):...     print(i)...97531

5、sorted()

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:

>>>basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana']>>>for f in sorted(set(basket)):...     print(f)...applebananaorangepear

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