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                [TOC] ### dict 內置字典 Python內置了字典:`dict`的支持,`dict`全稱`dictionary`,在其他語言中也稱為`map`,使用鍵-值(key-value)存儲,具有極快的查找速度。 #### list 查詢 舉個例子,假設要根據同學的名字查找對應的成績,如果用`list`實現,需要兩個`list`: ~~~ names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy'] scores = [95, 75, 85] ~~~ 給定一個名字,要查找對應的成績,就先要在`names`中找到對應的位置,再從`scores`取出對應的成績,`list`越長,耗時越長。 #### dict 查詢 如果用`dict`實現,只需要一個“名字”-“成績”的對照表,直接根據名字查找成績,無論這個表有多大,查找速度都不會變慢。用Python寫一個`dict`如下: ~~~ >>> d = {'Michael': 95, 'Bob': 75, 'Tracy': 85} >>> d['Michael'] 95 ~~~ #### 兩種方法的對比 為什么`dict`查找速度這么快?因為`dict`的實現原理和查字典是一樣的。假設字典包含了1萬個漢字,我們要查某一個字。 - 一個辦法是把字典從第一頁往后翻,直到找到我們想要的字為止,這種方法就是在`list`中查找元素的方法,`list`越大,查找越慢。 - 第二種方法是先在字典的索引表里(比如部首表)查這個字對應的頁碼,然后直接翻到該頁,找到這個字。無論找哪個字,這種查找速度都非常快,不會隨著字典大小的增加而變慢。 `dict`就是第二種實現方式,給定一個名字,比如`'Michael'`,`dict`在內部就可以直接計算出`Michael`對應的存放成績的`“頁碼”`,也就是`95`這個數字存放的內存地址,直接取出來,所以速度非常快。 #### 數據放入 dict 中 你可以猜到,這種`key-value`存儲方式,在放進去的時候,必須根據`key`算出`value`的存放位置,這樣,取的時候才能根據key直接拿到value。 把數據放入dict的方法,除了初始化時指定外,還可以通過key放入: ~~~ >>> d['Adam'] = 67 >>> d['Adam'] 67 ~~~ ##### 存入數據注意 由于一個`key`只能對應一個`value`,所以,多次對一個`key`放入`value`,后面的值會把前面的值沖掉: ~~~ >>> d['Jack'] = 90 >>> d['Jack'] 90 >>> d['Jack'] = 88 >>> d['Jack'] 88 ~~~ 如果key不存在,dict就會報錯: ~~~ >>> d['Thomas'] Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> KeyError: 'Thomas' ~~~ ##### 判斷 key 是否存在 要避免key不存在的錯誤,有兩種辦法, - 一是通過`in`判斷`key`是否存在: ~~~ >>> 'Thomas' in d False ~~~ - 二是通過`dict`提供的`get`方法,如果`key`不存在,可以返回`None`,或者自己指定的`value`: ~~~ >>> d.get('Thomas') >>> d.get('Thomas', -1) -1 ~~~ 注意:返回`None`的時候Python的交互式命令行不顯示結果。 ##### 刪除 key 要刪除一個`key`,用`pop(key)`方法,對應的`value`也會從`dict`中刪除: ~~~ >>> d.pop('Bob') 75 >>> d {'Michael': 95, 'Tracy': 85} ~~~ 請務必注意,`dict`內部存放的順序和`key`放入的順序是沒有關系的。 #### dict 與 list 比較 和`list`比較,`dict`有以下幾個特點: - 查找和插入的速度極快,不會隨著key的增加而變慢; - 需要占用大量的內存,內存浪費多。 而list相反: - 查找和插入的時間隨著元素的增加而增加; - 占用空間小,浪費內存很少。 所以,dict是用空間來換取時間的一種方法。 #### dict 使用注意 `dict`可以用在需要高速查找的很多地方,在Python代碼中幾乎無處不在,正確使用dict非常重要,需要牢記的第一條就是`dict`的`key`必須是不可變對象。 這是因為`dict`根據`key`來計算`value`的存儲位置,如果每次計算相同的`key`得出的結果不同,那`dict`內部就完全混亂了。這個通過`key`計算位置的算法稱為哈希算法(Hash)。 要保證`hash`的正確性,作為`key`的對象就不能變。在Python中,字符串、整數等都是不可變的,因此,可以放心地作為`key`。而`list`是可變的,就不能作為`key`: ~~~ >>> key = [1, 2, 3] >>> d[key] = 'a list' Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: unhashable type: 'list' ~~~ ### set #### set 的使用 `set`和`dict`類似,也是一組`key`的集合,但不存儲`value`。由于`key`不能重復,所以,在`set`中,沒有重復的`key`。 要創建一個`set`,需要提供一個`list`作為輸入集合: ~~~ >>> s = set([1, 2, 3]) >>> s {1, 2, 3} ~~~ 注意,傳入的參數`[1, 2, 3]`是一個`list`,而顯示的`{1, 2, 3}`只是告訴你這個`set`內部有`1,2,3`這`3`個元素,顯示的順序也不表示`set`是有序的。。 重復元素在`set`中自動被過濾: ~~~ >>> s = set([1, 1, 2, 2, 3, 3]) >>> s {1, 2, 3} ~~~ 通過`add(key)`方法可以添加元素到`set`中,可以重復添加,但不會有效果: ~~~ >>> s.add(4) >>> s {1, 2, 3, 4} >>> s.add(4) >>> s {1, 2, 3, 4} ~~~ 通過`remove(key)`方法可以刪除元素: ~~~ >>> s.remove(4) >>> s {1, 2, 3} ~~~ #### set 可以看做集合 `set`可以看成數學意義上的無序和無重復元素的集合,因此,兩個`set`可以做數學意義上的交集、并集等操作: ~~~ >>> s1 = set([1, 2, 3]) >>> s2 = set([2, 3, 4]) >>> s1 & s2 {2, 3} >>> s1 | s2 {1, 2, 3, 4} ~~~ `set`和`dict`的唯一區別僅在于沒有存儲對應的`value`,但是,`set`的原理和`dict`一樣,所以,同樣不可以放入可變對象,因為無法判斷兩個可變對象是否相等,也就無法保證`set`內部“不會有重復元素”。試試把`list`放入`set`,看看是否會報錯。 #### 再議不可變對象 上面我們講了,`str`是不變對象,而`list`是可變對象。 對于可變對象,比如`list`,對`list`進行操作,`list`內部的內容是會變化的,比如: ~~~ >>> a = ['c', 'b', 'a'] >>> a.sort() >>> a ['a', 'b', 'c'] ~~~ 而對于不可變對象,比如`str`,對`str`進行操作呢: ~~~ >>> a = 'abc' >>> a.replace('a', 'A') 'Abc' >>> a 'abc' ~~~ 雖然字符串有個`replace()`方法,也確實變出了`'Abc'`,但變量`a`最后仍是`'abc'`,應該怎么理解呢? 我們先把代碼改成下面這樣: ~~~ >>> a = 'abc' >>> b = a.replace('a', 'A') >>> b 'Abc' >>> a 'abc' ~~~ >[info]要始終牢記的是,`a`是變量,而`'abc'`才是字符串對象!有些時候,我們經常說,對象`a`的內容是`'abc'`,但其實是指,`a`本身是一個變量,它指向的對象的內容才是`'abc'`: ![image](http://www.liaoxuefeng.com/files/attachments/001389580505217f87b492b060b4b0ea60c8e5e70a1b53c000/0) - 當我們調用`a.replace('a', 'A')`時,實際上調用方法`replace`是作用在字符串對象`'abc'`上的,而這個方法雖然名字叫`replace`,但卻沒有改變字符串`'abc'`的內容。相反,`replace`方法創建了一個新字符串`'Abc'`并返回,如果我們用變量`b`指向該新字符串,就容易理解了,變量`a`仍指向原有的字符串`'abc'`,但變量b卻指向新字符串`'Abc'`了: ![image](http://www.liaoxuefeng.com/files/attachments/001389580620829061e426d429640ddb1d17174a82a7244000/0) 所以,對于不變對象來說,調用對象自身的任意方法,也不會改變該對象自身的內容。相反,這些方法會創建新的對象并返回,這樣,就保證了不可變對象本身永遠是不可變的。 ### 小結 #### dict 使用`key-value`存儲結構的`dict`在Python中非常有用,選擇不可變對象作為`key`很重要,最常用的key是字符串。 #### tuple雖然是不變對象,但試試把(1, 2, 3)和(1, [2, 3])放入dict或set中,并解釋結果。
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