Python语言总结组合图绘制

【第六章】组合数据类型

一、组合数据类型的基本概念

Python语言中最常用的组合数据类型有3大类，分别是集合类型、序列类型和映射类型。
集合类型是一个具体的数据类型名称，而序列类型和映射类型是一类数据类型的总称。

集合类型是一个元素集合，元素之间无序，相同元素在集合中唯一存在。

序列类型是一个元素向量，元素之间存在先后关系，通过序号访问，元素之间不排他。序列类型的典型代表是字符串类型和列表类型。

映射类型是“键-值”数据项的组合，每个元素是一个键值对，表示为(key, value)。映射类型的典型代表是字典类型。

• 集合类型概述

Python语言中的集合类型与数学中的集合概念一致，即包含0个或多个数据项的无序组合。
集合是无序组合，用大括号（{}）表示，它没有索引和位置的概念，集合中元素可以动态增加或删除。

集合中元素不可重复，元素类型只能是固定数据类型，例如：整数、浮点数、字符串、元组等，列表、字典和集合类型本身都是可变数据类型，不能作为集合的元素出现。
需要注意，由于集合元素是无序的，集合的打印效果与定义顺序可以不一致。由于集合元素独一无二，使用集合类型能够过滤掉重复元素。

集合类型有4个操作符，交集（&）、并集（|）、差集（-）、补集（^），操作逻辑与数学定义相同。

集合类型有一些常用的操作函数或方法：

集合类型主要用于元素去重，适合于任何组合数据类型。

• 序列类型概述

序列类型是一维元素向量，元素之间存在先后关系，通过序号访问。
由于元素之间存在顺序关系，所以序列中存在相同数值但位置不同的元素。Python语言中有很多数据类型都是序列类型，其中比较重要的是：字符串类型和列表类型，此外还包括元组类型。

字符串类型可以看成是单一字符的有序组合，属于序列类型。列表则是一个可以使用多种类型元素的序列类型。序列类型使用相同的索引体系，即正向递增序号和反向递减序号。

序列类型有一些通用的操作符和函数：

• 映射类型概述
  映射类型是“键-值”数据项的组合，每个元素是一个键值对，即元素是(key, value)，元素之间是无序的。键值对是一种二元关系，源于属性和值的映射关系。

映射类型是序列类型的一种扩展。在序列类型中，采用从0开始的正向递增序号进行具体元素值的索引。而映射类型则由用户来定义序号，即键，用其去索引具体的值。
键（key）表示一个属性，也可以理解为一个类别或项目，值（value）是属性的内容，键值对刻画了一个属性和它的值。键值对将映射关系结构化，用于存储和表达。

二、列表类型

• 列表类型的定义
  列表是包含0个或多个元组组成的有序序列，属于序列类型。列表可以元素进行增加、删除、替换、查找等操作。列表没有长度限制，元素类型可以不同，不需要预定义长度。
  列表类型用中括号（[]）表示，也可以通过list(x)函数将集合或字符串类型转换成列表类型。

列表属于序列类型，所以列表类型支持序列类型对应的操作

• 列表的索引

索引是列表的基本操作，用于获得列表的一个元素。使用中括号作为索引操作符。

>>>ls = [1010, "1010", [1010, "1010"], 1010]
>>>ls[3]
1010
>>>ls[-2]
[1010, '1010']
>>>ls[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#35>", line 1, in <module>
    ls[5]
IndexError: list index out of range

可以使用遍历循环对列表类型的元素进行遍历操作，基本使用方式如下：

for  <循环变量>  in  <列表变量>:
	 <语句块>

>>>ls = [1010, "1010", [1010, "1010"], 1010]
>>>for i in ls:
        print(i*2)
2020
10101010
[1010, '1010', 1010, '1010']
2020

• 列表的切片
  切片是列表的基本操作，用于获得列表的一个片段，即获得一个或多个元素。切片后的结果也是列表类型。切片有两种使用方式：

<列表或列表变量>[N: M]    
或    
<列表或列表变量>[N: M: K]

切片获取列表类型从N到M（不包含M）的元素组成新的列表。当K存在时，切片获取列表类型从N到M（不包含M）以K为步长所对应元素组成的列表。

>>>ls = [1010, "1010", [1010, "1010"], 1010]
>>>ls[1:4]
['1010', [1010, '1010'], 1010]
>>>ls[-1:-3]
[]
>>>ls[-3:-1]
['1010', [1010, '1010']]
>>>ls[0:4:2]
[1010, [1010, '1010']]

三、列表类型的操作

列表类型继承序列类型特点，有一些通用的操作函数

>>>ls = [1010, "1010", [1010, "1010"], 1010]
>>>len(ls)
4
>>>lt = ["Python", ["1010", 1010, [1010, "Python"]]]
>>>len(lt)
2

min(ls)和max(ls)分别返回一个列表的最小或最大元素，使用这两个函数的前提是列表中各元素类型可以进行比较。

>>>ls = [1010, 10.10, 0x1010]
>>>min(ls)
10.1
>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>max(lt)
'Python'
>>>ls = ls + lt
>>>print(ls)
[1010, 10.1, 4112, '1010', '10.10', 'Python']
>>>min(ls)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#15>", line 1, in <module>
    min(ls)
TypeError: '<' not supported between instances of 'str' and 'float'

list(x)将变量x转变成列表类型，其中x可以是字符串类型，也可以是字典类型。

>>>list("Python")
['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']
>>>list({"小明", "小红", "小白", "小新"})
['小红', '小明', '小新', '小白']
>>>list({"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"})
['201801', '201802', '201803']

列表类型存在一些操作方法，使用语法形式是：

<列表变量>.<方法名称>(<方法参数>)

ls.append(x)在列表ls最后增加一个元素x。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>lt.append(1010)
>>>print(lt)
['1010', '10.10', 'Python', 1010]
>>>lt.append([1010, 0x1010])
>>>print(lt)
['1010', '10.10', 'Python', 1010, [1010, 4112]]

ls.pop(i)将返回列表ls中第i位元素，并将该元素从列表中删除。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>print(lt.pop(1))
10.10
>>>print(lt)
["1010", "Python"]

ls.remove(x)将删除列表ls中第一个出现的x元素。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>lt.remove("10.10")
>>>print(lt)
["1010", "Python"]

除了上述方法，还可以使用Python保留字del对列表元素或片段进行删除，使用方法如下：

del  <列表变量>[<索引序号>]   或
del  <列表变量>[<索引起始>: <索引结束>]

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>del lt[1]
>>>print(lt)
["1010", "Python"]
>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>del lt[1:]
>>>print(lt)
["1010"]

ls.reverse()将列表ls中元素进行逆序反转。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>print(lt.reverse())
['Python', '10.10', '1010']

ls.copy() 复制ls中所有元素生成一个新列表。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>ls = lt.copy()
>>>lt.clear()  # 清空lt
>>>print(ls)   
["1010", "10.10", "Python"]

由上例看出，一个列表lt使用.copy()方法复制后赋值给变量ls，将lt元素清空不影响新生成的变量ls。

需要注意，对于基本的数据类型，如整数或字符串，可以通过等号实现元素赋值。但对于列表类型，使用等号无法实现真正的赋值。其中，ls = lt语句并不是拷贝lt中元素给变量ls，而是新关联了一个引用，即ls和lt所指向的是同一套内容。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>ls = lt     # 仅使用等号
>>>lt.clear()  
>>>print(ls)   
[]

使用索引配合等号（=）可以对列表元素进行修改。

>>>lt = ["1010", "10.10", "Python"]
>>>lt[1] = 1010
>>>print(lt)
["1010", 1010, "Python"]

列表是一个十分灵活的数据结构，它具有处理任意长度、混合类型的能力，并提供了丰富的基础操作符和方法。当程序需要使用组合数据类型管理批量数据时，请尽量使用列表类型。

四、字典类型

• 字典的定义
  “键值对”是组织数据的一种重要方式，广泛应用在Web系统中。键值对的基本思想是将“值”信息关联一个“键”信息，进而通过键信息查找对应值信息，这个过程叫映射。Python语言中通过字典类型实现映射。

Python语言中的字典使用大括号{}建立，每个元素是一个键值对，使用方式如下：

{<键1>:<值1>,  <键2>:<值2>,  … ,  <键n>:<值n>}

其中，键和值通过冒号连接，不同键值对通过逗号隔开。字典类型也具有和集合类似的性质，即键值对之间没有顺序且不能重复。

变量d可以看作是“学号”与“姓名”的映射关系。需要注意，字典各个元素并没有顺序之分。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>print(d)
{'201801': '小明', '201802': '小红', '201803': '小白'}

• 字典的索引

列表类型采用元素顺序的位置进行索引。由于字典元素“键值对”中键是值的索引，因此，可以直接利用键值对关系索引元素。
字典中键值对的索引模式如下，采用中括号格式：

<值> = <字典变量>[<键>]

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>print(d["201802"])
小红

利用索引和赋值（=）配合，可以对字典中每个元素进行修改。

>>>d["201802"] = '新小红'
>>>print(d)
{'201801': '小明', '201803': '小白', '201802': '新小红'}

使用大括号可以创建字典。通过索引和赋值配合，可以向字典中增加元素。

>>>t = {}
>>>t["201804"] = "小新"
>>>print(d)
{'201804': '小新'}

字典是存储可变数量键值对的数据结构，键和值可以是任意数据类型，通过键索引值，并可以通过键修改值。

五、字典类型的操作

字典类型有一些通用的操作函数

len(d)给出字典d的元素个数，也称为长度。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>len(d)
3

min(d)和max(d)分别返回字典d中最小或最大索引值。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>min(d)
'201801'
>>>max(d)
'201803'

dict()函数用于生成一个空字典，作用和{}一致。

>>>d = dict()
>>>print(d)
{}

字典类型存在一些操作方法，使用语法形式是：

<字典变量>.<方法名称>(<方法参数>)

d.keys()返回字典中的所有键信息，返回结果是Python的一种内部数据类型dict_keys，专用于表示字典的键。如果希望更好的使用返回结果，可以将其转换为列表类型。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>d.keys()
dict_keys(['201801', '201802', '201803'])
>>>type(d.keys())
<class 'dict_keys'>
>>>list(d.keys())
['201801', '201802', '201803']

d.values()返回字典中的所有值信息，返回结果是Python的一种内部数据类型dict_values。如果希望更好的使用返回结果，可以将其转换为列表类型。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>d.values()
dict_values(['小明', '小红', '小白'])
>>>type(d.values())
<class 'dict_values'>
>>>list(d.values())
['小明', '小红', '小白']

d.items()返回字典中的所有键值对信息，返回结果是Python的一种内部数据类型dict_items。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>d.items()
dict_items([('201801', '小明'), ('201802', '小红'), ('201803', '小白')])
>>>type(d.items())
<class 'dict_items'>
>>>list(d.items())
[('201801', '小明'), ('201802', '小红'), ('201803', '小白')]

d.get(key, default)根据键信息查找并返回值信息，如果key存在则返回相应值，否则返回默认值，第二个元素default可以省略，如果省略则默认值为空。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>d.get('201802')
'小红'
>>>d.get('201804')
>>>d.get('201804', '不存在')
'不存在'

d.pop(key, default)根据键信息查找并取出值信息，如果key存在则返回相应值，否则返回默认值，第二个元素default可以省略，如果省略则默认值为空。相比d.get()方法，d.pop()在取出相应值后，将从字典中删除对应的键值对。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>d.pop('201802')
'小红'
>>>print(d)
{'201801': '小明', '201803': '小白'}
>>>d.pop('201804', '不存在')
'不存在'

d.popitem()随机从字典中取出一个键值对，以元组(key, value)形式返回。取出后从字典中删除这个键值对。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>print(d.popitem())
('201803', '小白')
>>>d
{'201801': '小明', '201802': '小红'}

d.clear()删除字典中所有键值对。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>d.clear()
>>>print(d)
{}

此外，如果希望删除字典中某一个元素，可以使用Python保留字del。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>del d["201801"]
>>>print(d)
{'201802': '小红', '201803': '小白'}

字典类型也支持保留字in，用来判断一个键是否在字典中。如果在则返回True，否则返回False。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>"201801" in d
True
>>>"201804" in d
False

与其他组合类型一样，字典可以遍历循环对其元素进行遍历，基本语法结构如下：

for  <变量名>  in  <字典名>
       <语句块>

for循环返回的变量名是字典的索引值。如果需要获得键对应的值，可以在语句块中通过get()方法获得。

>>>d = {"201801":"小明", "201802":"小红", "201803":"小白"}
>>>for k in d:
print("字典的键和值分别是：{}和{}".format(k, d.get(k)))
 
字典的键和值分别是：201801和小明
字典的键和值分别是：201802和小红
字典的键和值分别是：201803和小白