Python从入门到精通六:Python数据容器

2023-12-15 14:38:27

数据容器入门

为什么学习数据容器

思考一个问题:如果我想要在程序中,记录5名学生的信息,如姓名。

如何做呢?

学习数据容器,就是为了批量存储或批量使用多份数据

Python中的数据容器:

一种可以容纳多份数据的数据类型,容纳的每一份数据称之为1个元素

每一个元素,可以是任意类型的数据,如字符串、数字、布尔等。

数据容器根据特点的不同,如:

  • 是否支持重复元素
  • 是否可以修改
  • 是否有序,等

分为5类,分别是:

列表(list)、元组(tuple)、字符串(str)、集合(set)、字典(dict)

我们将一一学习它们

总结:

1、什么是数据容器?

一种可以存储多个元素的Python数据类型

2. Python有哪些数据容器?

list(列表)、tuple(元组)、str(字符串)、set(集合)、dict(字典)

它们各有特点,但都满足可容纳多个元素的特性。

数据容器:list(列表)

为什么需要列表

思考:有一个人的姓名(TOM)怎么在程序中存储?

答:字符串变量

思考:如果一个班级100位学生,每个人的姓名都要存储,应该如何书写程序?声明100个变量吗?

答:No,我们使用列表就可以了, 列表一次可以存储多个数据

列表(list)类型,是数据容器的一类,我们来详细学习它。

列表的定义

基本语法:

列表内的每一个数据,称之为元素

  • 以 [] 作为标识
  • 列表内每一个元素之间用, 逗号隔开

列表的定义方式:

案例演示:使用[]的方式定义列表

总结:

1. 列表的定义语法

[元素1, 元素2, 元素3, ......]

2. 什么是元素?

数据容器内的每一份数据,都称之为元素

3. 元素的类型有限制吗?

元素的数据类型没有任何限制,甚至元素也可以是列表,这样就定义了嵌套列表

列表的下标索引

如何从列表中取出特定位置的数据呢?

我们可以使用:下标索引

如图,列表中的每一个元素,都有其位置下标索引,从前向后的方向,从0开始,依次递增

我们只需要按照下标索引,即可取得对应位置的元素。

列表的下标(索引) - 反向

或者,可以反向索引,也就是从后向前:从-1开始,依次递减(-1、-2、-3......)

如图,从后向前,下标索引为:-1、-2、-3,依次递减。

嵌套列表的下标(索引)

如果列表是嵌套的列表,同样支持下标索引

如图,下标就有2个层级了。

总结:

1. 列表的下标索引是什么?

列表的每一个元素,都有编号称之为下标索引

从前向后的方向,编号从0开始递增

从后向前的方向,编号从-1开始递减

2. 如何通过下标索引取出对应位置的元素呢?

列表[下标],即可取出

3. 下标索引的注意事项:

要注意下标索引的取值范围,超出范围无法取出元素,并且会报错

列表的常用操作

列表的常用操作(方法)

列表除了可以:

  • 定义
  • 使用下标索引获取值

以外,列表也提供了一系列功能:

  • 插入元素
  • 删除元素
  • 清空列表
  • 修改元素
  • 统计元素个数

等等功能,这些功能我们都称之为:列表的方法

列表的查询功能(方法)

回忆:函数是一个封装的代码单元,可以提供特定功能。

在Python中,如果将函数定义为class(类)的成员,那么函数会称之为:方法

方法和函数功能一样, 有传入参数,有返回值,只是方法的使用格式不同:

函数的使用:

方法的使用:

关于类和方法的定义,在面向对象章节我们学习,目前我们知道如何使用方法即可。

查找某元素的下标

? ? ?功能:查找指定元素在列表的下标,如果找不到,报错ValueError

? ? ?语法:列表.index(元素)

? ? ?index就是列表对象(变量)内置的方法(函数)

列表的修改功能(方法)

修改特定位置(索引)的元素值:

? ? ?语法:列表[下标] = 值

? ? ?可以使用如上语法,直接对指定下标(正向、反向下标均可)的值进行:重新赋值(修改)

?

插入元素:

? ? ?语法:列表.insert(下标, 元素),在指定的下标位置,插入指定的元素

追加元素:

? ? ?语法:列表.append(元素),将指定元素,追加到列表的尾部

追加元素方式2:

? ? ?语法:列表.extend(其它数据容器),将其它数据容器的内容取出,依次追加到列表尾部

删除元素:

? ? ?语法1: del 列表[下标]

? ? ?语法2:列表.pop(下标)

删除某元素在列表中的第一个匹配项

? ? ?语法:列表.remove(元素)

清空列表内容,语法:列表.clear()

统计某元素在列表内的数量

? ? ?语法:列表.count(元素)

列表的查询功能(方法)

统计列表内,有多少元素

? ? ?语法:len(列表)

? ? ?可以得到一个int数字,表示列表内的元素数量

列表的方法 - 总览

列表的方法 - 说明

功能方法非常多,同学们不需要硬记下来。

学习编程,不仅仅是Python语言本身,以后根据方向,会学习更多的框架技术。

除了经常用的,大多数是记忆不下来的。

我们要做的是,有一个模糊印象,知晓有这样的用法即可。

需要的时候,随时查阅资料即可。

列表的特点

经过上述对列表的学习,可以总结出列表有如下特点:

  • 可以容纳多个元素(上限为2**63-1、9223372036854775807个)
  • 可以容纳不同类型的元素(混装)
  • 数据是有序存储的(有下标序号)
  • 允许重复数据存在
  • 可以修改(增加或删除元素等)
    ?

总结:

1. 列表的常见方法有:

2. 列表有哪些特点?

list(列表)的遍历

目标:

  • 1. 掌握使用while循环,遍历列表的元素
  • 2. 掌握使用for循环,遍历列表的元素

列表的遍历 - while循环

既然数据容器可以存储多个元素,那么,就会有需求从容器内依次取出元素进行操作。

将容器内的元素依次取出进行处理的行为,称之为:遍历、迭代。

如何遍历列表的元素呢?

可以使用前面学过的while循环

如何在循环中取出列表的元素呢?

使用列表[下标]的方式取出

循环条件如何控制?

定义一个变量表示下标,从0开始

循环条件为 下标值 < 列表的元素数量

列表的遍历 - for循环

除了while循环外,Python中还有另外一种循环形式:for循环。

对比while,for循环更加适合对列表等数据容器进行遍历。

语法:

每一次循环将列表中的元素取出,赋值到变量i,供操作

表示,从容器内,依次取出元素并赋值到临时变量上。

在每一次的循环中,我们可以对临时变量(元素)进行处理。

while循环和for循环的对比

while循环和for循环,都是循环语句,但细节不同:

在循环控制上:

  • while循环可以自定循环条件,并自行控制
  • for循环不可以自定循环条件,只可以一个个从容器内取出数据

在无限循环上:

  • while循环可以通过条件控制做到无限循环
  • for循环理论上不可以,因为被遍历的容器容量不是无限的

在使用场景上:

  • while循环适用于任何想要循环的场景
  • for循环适用于,遍历数据容器的场景或简单的固定次数循环场景

总结:

1. 什么是遍历?

将容器内的元素依次取出,并处理,称之为遍历操作

2. 如何遍历列表的元素?

可以使用while或for循环

3. for循环的语法:

4. for循环和while对比

  • for循环更简单,while更灵活
  • for用于从容器内依次取出元素并处理,while用以任何需要循环的场景
    ?

数据容器:tuple(元组)

元组的定义

为什么需要元组

思考:列表是可以修改的。

如果想要传递的信息,不被篡改,列表就不合适了。

元组同列表一样,都是可以封装多个、不同类型的元素在内。

但最大的不同点在于:

元组一旦定义完成,就不可修改

所以,当我们需要在程序内封装数据,又不希望封装的数据被篡改,那么元组就非常合适了

定义元组

元组定义:定义元组使用小括号,且使用逗号隔开各个数据,数据可以是不同的数据类型。

注意:元组只有一个数据,这个数据后面要添加逗号

元组也支持嵌套:

元组的相关操作

元组的相关操作 - 注意事项

不可以修改元组的内容,否则会直接报错

可以修改元组内的list的内容(修改元素、增加、删除、反转等)

不可以替换list为其它list或其它类型

元组的遍历

同列表一样,元组也可以被遍历。

可以使用while循环和for循环遍历它

元组的特点

经过上述对元组的学习,可以总结出列表有如下特点:

  • 可以容纳多个数据
  • 可以容纳不同类型的数据(混装)
  • 数据是有序存储的(下标索引)
  • 允许重复数据存在
  • 不可以修改(增加或删除元素等)
  • 支持for循环

多数特性和list一致,不同点在于不可修改的特性。

总结:

1. 元组的定义方式:

(元素, 元素, 元素, ......)

2. 元组的操作方法:

3. 元组的注意事项:

不可修改内容(可以修改内部list的内部元素)

4. 元组的特点:

  • 和list基本相同(有序、任意数量元素、允许重复元素),唯一不同在于不可修改。
  • 支持for循环
    ?

数据容器:str(字符串)

尽管字符串看起来并不像:列表、元组那样,一看就是存放了许多数据的容器。

但不可否认的是,字符串同样也是数据容器的一员。

字符串是字符的容器,一个字符串可以存放任意数量的字符。

如,字符串:"itheima"

字符串的下标(索引)

和其它容器如:列表、元组一样,字符串也可以通过下标进行访问

  • 从前向后,下标从0开始
  • 从后向前,下标从-1开始

同元组一样,字符串是一个:无法修改的数据容器。

所以:

  • 修改指定下标的字符?? ?(如:字符串[0] = “a”)
  • 移除特定下标的字符?? ?(如:del 字符串[0]、字符串.remove()、字符串.pop()等)
  • 追加字符等?? ??? ?(如:字符串.append())

均无法完成。如果必须要做,只能得到一个新的字符串,旧的字符串是无法修改

字符串的常用操作

查找特定字符串的下标索引值

? ? ?语法:字符串.index(字符串)

字符串的替换

? ? ?语法:字符串.replace(字符串1,字符串2)

? ? ?功能:将字符串内的全部:字符串1,替换为字符串2

? ? ?注意:不是修改字符串本身,而是得到了一个新字符串哦

? ? ?可以看到,字符串name本身并没有发生变化

? ? ?而是得到了一个新字符串对象

字符串的分割

? ? ?语法:字符串.split(分隔符字符串)

? ? ?功能:按照指定的分隔符字符串,将字符串划分为多个字符串,并存入列表对象中

? ? ?注意:字符串本身不变,而是得到了一个列表对象

? ? ?可以看到,字符串按照给定的 <空格>进行了分割,变成多个子字符串,并存入一个列表对象中。

字符串的规整操作(去前后空格)

? ? ?语法:字符串.strip()


字符串的规整操作(去前后指定字符串)

? ? ?语法:字符串.strip(字符串)

注意,传入的是“12” 其实就是:”1”和”2”都会移除,是按照单个字符。

统计字符串中某字符串的出现次数

? ? ?语法:字符串.count(字符串)

统计字符串的长度

? ? ?语法:len(字符串)

可以看出:

数字(1、2、3...)

字母(abcd、ABCD等)

符号(空格、!、@、#、$等)

中文

均算作1个字符

所以上述代码,结果20

字符串常用操作汇总

字符串的遍历

同列表、元组一样,字符串也支持while循环和for循环进行遍历

字符串的特点

作为数据容器,字符串有如下特点:

  • 只可以存储字符串
  • 长度任意(取决于内存大小)
  • 支持下标索引
  • 允许重复字符串存在
  • 不可以修改(增加或删除元素等)
  • 支持for循环

基本和列表、元组相同

不同与列表和元组的在于:字符串容器可以容纳的类型是单一的,只能是字符串类型。

不同于列表,相同于元组的在于:字符串不可修改

总结:

1. 字符串为什么被称之为数据容器呢?

字符串可以看做是字符的容器,支持下标索引等特性?

2. 字符串有哪些常用操作方法?

3. 字符串有哪些特点:

数据容器(序列)的切片

学习目标:

  • 了解什么是序列
  • 掌握序列的切片操作

序列

序列是指:内容连续、有序,可使用下标索引的一类数据容器

列表、元组、字符串,均可以可以视为序列。

如图,序列的典型特征就是:有序并可用下标索引,字符串、元组、列表均满足这个要求

序列的常用操作 - 切片

序列支持切片,即:列表、元组、字符串,均支持进行切片操作

切片:从一个序列中,取出一个子序列

语法:序列[起始下标:结束下标:步长]

表示从序列中,从指定位置开始,依次取出元素,到指定位置结束,得到一个新序列:

  1. 起始下标表示从何处开始,可以留空,留空视作从头开始
  2. 结束下标(不含)表示何处结束,可以留空,留空视作截取到结尾
  3. 步长表示,依次取元素的间隔
  • 步长1表示,一个个取元素
  • 步长2表示,每次跳过1个元素取
  • 步长N表示,每次跳过N-1个元素取
  • 步长为负数表示,反向取(注意,起始下标和结束下标也要反向标记)

注意,此操作不会影响序列本身,而是会得到一个新的序列(列表、元组、字符串)

序列的切片演示

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
new_list = my_list[1:4]	# 下标1开始,下标4(不含)结束,步长1
print(new_list)		# 结果:[2, 3, 4]
my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
new_tuple = my_tuple[:]	# 从头开始,到最后结束,步长1
print(new_tuple)		# 结果:(1, 2, 3, 4, 5)
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
new_list = my_list[::2]		# 从头开始,到最后结束,步长2
print(new_list)		# 结果:[1, 3, 5]
my_str = "12345"
new_str = my_str[:4:2]	# 从头开始,到下标4(不含)结束,步长2
print(new_str)		# 结果:"13"
my_str = "12345"
new_str = my_str[::-1]	# 从头(最后)开始,到尾结束,步长-1(倒序)
print(new_str)		# 结果:"54321"
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
new_list = my_list[3:1:-1]	# 从下标3开始,到下标1(不含)结束,步长-1(倒序)
print(new_list)		# 结果:[4, 3]
my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
new_tuple = my_tuple[:1:-2] 	# 从头(最后)开始,到下标1(不含)结束,步长-2(倒序)
print(new_tuple)		# 结果:(5, 3)

可以看到,这个操作对列表、元组、字符串是通用的

同时非常灵活,根据需求,起始位置,结束位置,步长(正反序)都是可以自行控制的

总结:

1. 什么是序列?

内容连续、有序,支持下标索引的一类数据容器

2. 哪些数据容器可以视为序列?

列表、元组、字符串

3. 序列如何做切片

序列[起始:结束:步长]

  • 起始可以省略,省略从头开始
  • 结束可以省略,省略到尾结束
  • 步长可以省略,省略步长为1(可以为负数,表示倒序执行)

数据容器:set(集合)

学习目标:

  • 掌握集合的定义格式
  • 掌握集合的特点
  • 掌握集合的常见操作

为什么使用集合

我们目前接触到了列表、元组、字符串三个数据容器了。基本满足大多数的使用场景。

为何又需要学习新的集合类型呢?

通过特性来分析:

  • 列表可修改、支持重复元素且有序
  • 元组、字符串不可修改、支持重复元素且有序

同学们,有没有看出一些局限?

局限就在于:它们都支持重复元素。

如果场景需要对内容做去重处理,列表、元组、字符串就不方便了。

而集合,最主要的特点就是:不支持元素的重复(自带去重功能)、并且内容无序

集合的定义

基本语法:

和列表、元组、字符串等定义基本相同:

  • 列表使用:[]
  • 元组使用:()
  • 字符串使用:""
  • 集合使用:{}
    ?

集合的常用操作 - 修改

首先,因为集合是无序的,所以集合不支持:下标索引访问

但是集合和列表一样,是允许修改的,所以我们来看看集合的修改方法。

  • 添加新元素

? ? ?语法:集合.add(元素)。将指定元素,添加到集合内

? ? ?结果:集合本身被修改,添加了新元素

  • 移除元素

? ? ?语法:集合.remove(元素),将指定元素,从集合内移除

? ? ?结果:集合本身被修改,移除了元素

  • 从集合中随机取出元素

? ? ?语法:集合.pop(),功能,从集合中随机取出一个元素

? ? ?结果:会得到一个元素的结果。同时集合本身被修改,元素被移除

  • 清空集合

? ? ?语法:集合.clear(),功能,清空集合

? ? ?结果:集合本身被清空

  • 取出2个集合的差集

? ? ?语法:集合1.difference(集合2),功能:取出集合1和集合2的差集(集合1有而集合2没有的)

? ? ?结果:得到一个新集合,集合1和集合2不变

  • 消除2个集合的差集

? ? ?语法:集合1.difference_update(集合2)

? ? ?功能:对比集合1和集合2,在集合1内,删除和集合2相同的元素。

? ? ?结果:集合1被修改,集合2不变

  • 2个集合合并

? ? ?语法:集合1.union(集合2)

? ? ?功能:将集合1和集合2组合成新集合

? ? ?结果:得到新集合,集合1和集合2不变

集合的常用操作 - 集合长度

查看集合的元素数量

? ? ?语法:len(集合)

? ? ?功能:统计集合内有多少元素

? ? ?结果:得到一个整数结果

?

集合的常用操作 - for循环遍历

集合同样支持使用for循环遍历

要注意:集合不支持下标索引,所以也就不支持使用while循环。

集合常用功能总结

集合的特点

经过上述对集合的学习,可以总结出集合有如下特点:

  • 可以容纳多个数据
  • 可以容纳不同类型的数据(混装)
  • 数据是无序存储的(不支持下标索引)
  • 不允许重复数据存在
  • 可以修改(增加或删除元素等)
  • 支持for循环

总结:

1.集合有哪些特点

集合内不允许重复元素(去重)

集合内元素是无序的(不支持下标索引)

2. 集合的定义方式:

{元素, 元素, ......, 元素}

3. 集合的常用操作

4. 如何遍历集合元素

可以使用for循环进行变量

不可以使用while循环,因为不支持下标索引

5. 集合的特点

数据容器:dict(字典、映射)

字典的定义

为什么使用字典

生活中的字典:

通过【字】

就能找到对应的【含义】

所以,我们可以认为,生活中的字典就是记录的一堆:

【字】:【含义】

【字】:【含义】

......

【字】:【含义】

为什么需要字典

Python中字典和生活中字典十分相像:

字典的定义

字典的定义,同样使用{},不过存储的元素是一个个的:键值对,如下语法:

  • 使用{}存储原始,每一个元素是一个键值对
  • 每一个键值对包含Key和Value(用冒号分隔)
  • 键值对之间使用逗号分隔
  • Key和Value可以是任意类型的数据(key不可为字典)
  • Key不可重复,重复会对原有数据覆盖


? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
前文中提到的,记录学生成绩,可以使用如下定义:

前文中记录学生成绩的需求,可以如下记录:

字典数据的获取

字典同集合一样,不可以使用下标索引

但是字典可以通过Key值来取得对应的Value

字典的嵌套

字典的Key和Value可以是任意数据类型(Key不可为字典)

那么,就表明,字典是可以嵌套的

需求如下:记录学生各科的考试信息

代码:

优化一下可读性,可以写成:

嵌套字典的内容获取

嵌套字典的内容获取,如下所示:

总结:

1. 为什么使用字典

字典可以提供基于Key检索Value的场景实现

就像查字典一样

2. 字典的定义语法

3. ?字典的注意事项

  • 键值对的Key和Value可以是任意类型(Key不可为字典)
  • 字典内Key不允许重复,重复添加等同于覆盖原有数据
  • 字典不可用下标索引,而是通过Key检索Value

字典的常用操作

学习目标:

  • 掌握字典的常用操作
  • 掌握字典的特点
    ?

字典的常用操作

  • 新增元素

?? ?语法:字典[Key] = Value,结果:字典被修改,新增了元素

  • 更新元素

?? ?语法:字典[Key] = Value,结果:字典被修改,元素被更新

?? ?注意:字典Key不可以重复,所以对已存在的Key执行上述操作,就是更新Value值

  • 删除元素

?? ?语法:字典.pop(Key),结果:获得指定Key的Value,同时字典被修改,指定Key的数据被删除

  • 清空字典

?? ?语法:字典.clear(),结果:字典被修改,元素被清空

  • 获取全部的key

?? ?语法:字典.keys(),结果:得到字典中的全部Key

  • 遍历字典

?? ?语法:for key in 字典.keys()

注意:字典不支持下标索引,所以同样不可以用while循环遍历

运行结果

  • 计算字典内的全部元素(键值对)数量

?? ?语法:len(字典)

?? ?结果:得到一个整数,表示字典内元素(键值对)的数量

字典的常用操作总结

字典的特点

经过上述对字典的学习,可以总结出字典有如下特点:

  • 可以容纳多个数据
  • 可以容纳不同类型的数据
  • 每一份数据是KeyValue键值对
  • 可以通过Key获取到Value,Key不可重复(重复会覆盖)
  • 不支持下标索引
  • 可以修改(增加或删除更新元素等)
  • 支持for循环,不支持while循环

总结:

1. 字典的常用操作

2. 操作注意

新增和更新元素的语法一致,如果Key不存在即新增,如果Key存在即更新(Key不可重复)

3. 字典的特点

数据容器对比总结

数据容器分类

数据容器可以从以下视角进行简单的分类:

  • 是否支持下标索引
  1. 支持:列表、元组、字符串 - 序列类型
  2. 不支持:集合、字典 - 非序列类型
  • 是否支持重复元素:
  1. 支持:列表、元组、字符串 - 序列类型
  2. 不支持:集合、字典 - 非序列类型
  • 是否可以修改
  1. 支持:列表、集合、字典
  2. 不支持:元组、字符串
    ?

数据容器特点对比

总结:

基于各类数据容器的特点,它们的应用场景如下:

  • 列表:一批数据,可修改、可重复的存储场景
  • 元组:一批数据,不可修改、可重复的存储场景
  • 字符串:一串字符串的存储场景
  • 集合:一批数据,去重存储场景
  • 字典:一批数据,可用Key检索Value的存储场景
    ?

数据容器的通用操作

数据容器的通用操作 - 遍历

数据容器尽管各自有各自的特点,但是它们也有通用的一些操作。

首先,在遍历上:

  • 5类数据容器都支持for循环遍历
  • 列表、元组、字符串支持while循环,集合、字典不支持(无法下标索引)

尽管遍历的形式各有不同,但是,它们都支持遍历操作。

数据容器的通用统计功能

除了遍历这个共性外,数据容器可以通用非常多的功能方法

同学们可能会疑惑,字符串如何确定大小?

我们下一个小节为同学们解惑。

容器的通用转换功能

除了下标索引这个共性外,还可以通用类型转换

容器通用排序功能

通用排序功能

sorted(容器, [reverse=True])

将给定容器进行排序

注意,排序后都会得到列表(list)对象。

容器通用功能总览

字符串大小比较

ASCII码表

在程序中,字符串所用的所有字符如:

  • 大小写英文单词
  • 数字
  • 特殊符号(!、\、|、@、#、空格等)

都有其对应的ASCII码表值

每一个字符都能对应上一个:数字的码值

字符串进行比较就是基于数字的码值大小进行比较的。

字符串比较

字符串是按位比较,也就是一位位进行对比,只要有一位大,那么整体就大。

?

总结:

1. 字符串如何比较

从头到尾,一位位进行比较,其中一位大,后面就无需比较了。

2. 单个字符之间如何确定大小?

通过ASCII码表,确定字符对应的码值数字来确定大小
?

?

文章来源:https://blog.csdn.net/duansamve/article/details/134937998
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