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：

>>> a = [66.25, 333, 333, 1, 1234.5]>>> 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。

将列表当做栈使用

在 Python 中，可以使用列表（list）来实现栈的功能。栈是一种后进先出（LIFO, Last-In-First-Out）数据结构，意味着最后添加的元素最先被移除。列表提供了一些方法，使其非常适合用于栈操作，特别是 append() 和 pop() 方法。

用 append() 方法可以把一个元素添加到栈顶，用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从栈顶释放出来。

栈操作

• 压入（Push）: 将一个元素添加到栈的顶端。
• 弹出（Pop）: 移除并返回栈顶元素。
• 查看栈顶元素（Peek/Top）: 返回栈顶元素而不移除它。
• 检查是否为空（IsEmpty）: 检查栈是否为空。
• 获取栈的大小（Size）: 获取栈中元素的数量。

以下是如何在 Python 中使用列表实现这些操作的详细说明：

1、创建一个空栈

stack = []

2、压入（Push）操作

使用 append() 方法将元素添加到栈的顶端：

stack.append(1)stack.append(2)stack.append(3)print(stack) # 输出: [1, 2, 3]

3、弹出（Pop）操作

使用 pop() 方法移除并返回栈顶元素：

top_element = stack.pop()print(top_element) # 输出: 3print(stack)     # 输出: [1, 2]

4、查看栈顶元素（Peek/Top）

直接访问列表的最后一个元素（不移除）：

top_element = stack[-1]print(top_element) # 输出: 2

5、检查是否为空（IsEmpty）

检查列表是否为空：

is_empty = len(stack) == 0print(is_empty)  # 输出: False

6、获取栈的大小（Size）

使用 len() 函数获取栈中元素的数量：

size = len(stack)print(size)  # 输出: 2

将列表当作队列使用

在 Python 中，列表（list）可以用作队列（queue），但由于列表的特点，直接使用列表来实现队列并不是最优的选择。

队列是一种先进先出（FIFO, First-In-First-Out）的数据结构，意味着最早添加的元素最先被移除。

使用列表时，如果频繁地在列表的开头插入或删除元素，性能会受到影响，因为这些操作的时间复杂度是 O(n)。为了解决这个问题，Python 提供了 collections.deque，它是双端队列，可以在两端高效地添加和删除元素。

使用 collections.deque 实现队列

collections.deque 是 Python 标准库的一部分，非常适合用于实现队列。

from collections import deque

以下是使用 deque 实现队列的示例：

from collections import deque# 创建一个空队列queue = deque()# 向队尾添加元素queue.append('a')queue.append('b')queue.append('c')print("队列状态:", queue)  # 输出: 队列状态: deque(['a', 'b', 'c'])# 从队首移除元素first_element = queue.popleft()print("移除的元素:", first_element)  # 输出: 移除的元素: aprint("队列状态:", queue)            # 输出: 队列状态: deque(['b', 'c'])# 查看队首元素（不移除）front_element = queue[0]print("队首元素:", front_element)    # 输出: 队首元素: b# 检查队列是否为空is_empty = len(queue) == 0print("队列是否为空:", is_empty)     # 输出: 队列是否为空: False# 获取队列大小size = len(queue)print("队列大小:", size)            # 输出: 队列大小: 2

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：

matrix = [     [1, 2, 3, 4],     [5, 6, 7, 8],     [9, 10, 11, 12], ]

>>> [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)][[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

等价于

transposed = []for i in range(4): transposed.append([row[i] for row in matrix])>>> 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：

>>> 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[]

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 = 12345, 54321, 'hello!'>>> 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：

>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}>>> print(basket)                      # 删除重复的{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}>>> 'orange'in basket                 # 检测成员True>>> 'crabgrass'in basketFalse>>> # 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'}

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 = {'jack': 4098, 'sape': 4139}>>> 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 telTrue>>> 'jack'notin telFalse

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：

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

>>> for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):...     print(i, v)...0 tic1 tac2 toe

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 your name?  It is lancelot.What is your quest?  It is the holy grail.What is 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：

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

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