Python对象类型之字典

Python对象类型之字典

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前言

着手开始写的时候就一直有一个画面在脑子中出现:小猪佩奇第N级,猪爸爸拿出来一本《混凝土的故事》,打开书的时候说道:混凝土是由砂子、水、水泥组成的,结果其他人都睡着了。于是,我在想,要是给土木人讲:python万法皆对象,对象类型有:

  • 数字:int,long,float,complex,bool
  • 字符:str,unicod
  • 列表:list
  • 字典:dict
  • 元组:tuple
  • 文件:file
  • 其他类型:集合(set),冻结集合(frozenset),类类型等。

是不是也有人睡着?相反,如果我直接说砂子、水泥、钢筋、混凝土,是不是觉得亲切?所以接下来将会从一砖一瓦的建筑材料说Python。
万法皆对象:在基建领域,你所看到的构筑物就是有以上提到的基础建材组成;在Python领域对象类型就可以看做基础建筑材料,然后由不同的施工工艺产生不同的单体模块或构造物。例如:一个函数(施工工艺)所包含的参数(基础建材),形成一个伪代码。

伪代码
#围墙条形基础开挖
变量类型:铲子、䦆头、羊角碾、块石、砖头、水泥、混凝土
#工艺流程:
开挖条形基坑
夯实基础
抛填块片石
混凝土填充找平
砌砖
#以上即为面向过程编程,下面先说说数字类型。

真代码

字典

字典 dictionary ,在一些编程语言中也称为 hashmap ,是一种由键值对组成的数据结构。

顾名思义,我们把键想象成字典中的单词,值想象成词对应的定义,那么——

一个词可以对应一个或者多个定义,但是这些定义只能通过这个词来进行查询。

基本操作

空字典

Python 使用 {} 或者 dict() 来创建一个空的字典:

a = {}
type(a)
dict
a = dict()
type(a)
dict

有了dict之后,可以用索引键值的方法向其中添加元素,也可以通过索引来查看元素的值:

插入键值

a["one"] = "this is number 1"
a["two"] = "this is number 2"
a
{'one': 'this is number 1', 'two': 'this is number 2'}

查看键值

a['one']
'this is number 1'

更新键值

a["one"] = "this is number 1, too"
a
{'one': 'this is number 1, too', 'two': 'this is number 2'}

初始化字典

可以看到,Python使用key: value这样的结构来表示字典中的元素结构,事实上,可以直接使用这样的结构来初始化一个字典:

b = {'one': 'this is number 1', 'two': 'this is number 2'}
b['one']
'this is number 1'

字典没有顺序

当我们 print 一个字典时,Python并不一定按照插入键值的先后顺序进行显示,因为字典中的键本身不一定是有序的。

print(a)
{'one': 'this is number 1, too', 'two': 'this is number 2'}
print(b)
{'one': 'this is number 1', 'two': 'this is number 2'}

因此,Python中不能用支持用数字索引按顺序查看字典中的值,而且数字本身也有可能成为键值,这样会引起混淆:

# 会报错
a[0]
---------------------------------------------------------------------------

KeyError                                  Traceback (most recent call last)

<ipython-input-44-cc39af2a359c> in <module>()
      1 # 会报错
----> 2 a[0]


KeyError: 0

键必须是不可变的类型

出于hash的目的,Python中要求这些键值对的必须是不可变的,而值可以是任意的Python对象。

一个表示近义词的字典:

synonyms = {}
synonyms['mutable'] = ['changeable', 'variable', 'varying', 'fluctuating',
                       'shifting', 'inconsistent', 'unpredictable', 'inconstant',
                       'fickle', 'uneven', 'unstable', 'protean']
synonyms['immutable'] = ['fixed', 'set', 'rigid', 'inflexible', 
                         'permanent', 'established', 'carved in stone']
synonyms
{'immutable': ['fixed',
  'set',
  'rigid',
  'inflexible',
  'permanent',
  'established',
  'carved in stone'],
 'mutable': ['changeable',
  'variable',
  'varying',
  'fluctuating',
  'shifting',
  'inconsistent',
  'unpredictable',
  'inconstant',
  'fickle',
  'uneven',
  'unstable',
  'protean']}

另一个例子:

# 定义四个字典
e1 = {'mag': 0.05, 'width': 20}
e2 = {'mag': 0.04, 'width': 25}
e3 = {'mag': 0.05, 'width': 80}
e4 = {'mag': 0.03, 'width': 30}
# 以字典作为值传入新的字典
events = {500: e1, 760: e2, 3001: e3, 4180: e4}
events
{500: {'mag': 0.05, 'width': 20},
 760: {'mag': 0.04, 'width': 25},
 3001: {'mag': 0.05, 'width': 80},
 4180: {'mag': 0.03, 'width': 30}}

键(或者值)的数据类型可以不同:

people = [
    {'first': 'Sam', 'last': 'Malone', 'name': 35},
    {'first': 'Woody', 'last': 'Boyd', 'name': 21},
    {'first': 'Norm', 'last': 'Peterson', 'name': 34},
    {'first': 'Diane', 'last': 'Chambers', 'name': 33}
]
people
[{'first': 'Sam', 'last': 'Malone', 'name': 35},
 {'first': 'Woody', 'last': 'Boyd', 'name': 21},
 {'first': 'Norm', 'last': 'Peterson', 'name': 34},
 {'first': 'Diane', 'last': 'Chambers', 'name': 33}]

使用 dict 初始化字典

除了通常的定义方式,还可以通过 dict() 转化来生成字典:

inventory = dict(
    [('foozelator', 123),
     ('frombicator', 18), 
     ('spatzleblock', 34), 
     ('snitzelhogen', 23)
    ])
inventory
{'foozelator': 123, 'frombicator': 18, 'snitzelhogen': 23, 'spatzleblock': 34}

利用索引直接更新键值对:

inventory['frombicator'] += 1
inventory
{'foozelator': 123, 'frombicator': 19, 'snitzelhogen': 23, 'spatzleblock': 34}

适合做键的类型

在不可变类型中,整数和字符串是字典中最常用的类型;而浮点数通常不推荐用来做键,原因如下:

data = {}
data[1.1 + 2.2] = 6.6
# 会报错
data[3.3]
---------------------------------------------------------------------------

KeyError                                  Traceback (most recent call last)

<ipython-input-50-a48e87d01daa> in <module>()
      2 data[1.1 + 2.2] = 6.6
      3 # 会报错
----> 4 data[3.3]


KeyError: 3.3

事实上,观察data的值就会发现,这个错误是由浮点数的精度问题所引起的:

data
{3.3000000000000003: 6.6}

有时候,也可以使用元组作为键值,例如,可以用元组做键来表示从第一个城市飞往第二个城市航班数的多少:

connections = {}
connections[('New York', 'Seattle')] = 100
connections[('Austin', 'New York')] = 200
connections[('New York', 'Austin')] = 400

元组是有序的,因此 ('New York', 'Austin')('Austin', 'New York') 是两个不同的键:

print(connections[('Austin', 'New York')])
print(connections[('New York', 'Austin')])
200
400

字典方法

get 方法

之前已经见过,用索引可以找到一个键对应的值,但是当字典中没有这个键的时候,Python会报错,这时候可以使用字典的 get 方法来处理这种情况,其用法如下:

`d.get(key, default = None)`

返回字典中键 key 对应的值,如果没有这个键,返回 default 指定的值(默认是 None )。

a = {}
a["one"] = "this is number 1"
a["two"] = "this is number 2"

索引不存在的键值会报错:

a["three"]
---------------------------------------------------------------------------

KeyError                                  Traceback (most recent call last)

<ipython-input-60-8a5f2913f00e> in <module>()
----> 1 a["three"]


KeyError: 'three'

改用get方法:

print(a.get("three"))
None

指定默认值参数:

a.get("three", "undefined")
'undefined'

pop 方法删除元素

pop 方法可以用来弹出字典中某个键对应的值,同时也可以指定默认参数:

`d.pop(key, default = None)`

删除并返回字典中键 key 对应的值,如果没有这个键,返回 default 指定的值(默认是 None )。

a
{'one': 'this is number 1', 'two': 'this is number 2'}

弹出并返回值:

a.pop("two")
'this is number 2'
a
{'one': 'this is number 1'}

弹出不存在的键值:

a.pop("two", 'not exist')
'not exist'

与列表一样,del 函数可以用来删除字典中特定的键值对,例如:

del a["one"]
a
{}

update方法更新字典

之前已经知道,可以通过索引来插入、修改单个键值对,但是如果想对多个键值对进行操作,这种方法就显得比较麻烦,好在有 update 方法:

`d.update(newd)`

将字典newd中的内容更新到d中去。

person = {}
person['first'] = "Jmes"
person['last'] = "Maxwell"
person['born'] = 1831
print(person)
{'first': 'Jmes', 'last': 'Maxwell', 'born': 1831}

把'first'改成'James',同时插入'middle'的值'Clerk':

person_modifications = {'first': 'James', 'middle': 'Clerk'}
person.update(person_modifications)
print(person)
{'first': 'James', 'last': 'Maxwell', 'born': 1831, 'middle': 'Clerk'}

in查询字典中是否有该键

barn = {'cows': 1, 'dogs': 5, 'cats': 3}

in 可以用来判断字典中是否有某个特定的键:

'chickens' in barn
False
'cows' in barn
True

keys 方法,values 方法和items 方法

`d.keys()`

返回一个由所有键组成的列表;

`d.values()`

返回一个由所有值组成的列表;

`d.items()`

返回一个由所有键值对元组组成的列表;

barn.keys()
dict_keys(['cows', 'dogs', 'cats'])
barn.values()
dict_values([1, 5, 3])
barn.items()
dict_items([('cows', 1), ('dogs', 5), ('cats', 3)])

注意一件事:keys() 返回的值跟 values() 返回的值是一一对应的。


土木狗的视角:字典是Python里面最常用的类型之一,其含义是一组键值对。在前面我们讲列表的时候提到过list = [砂子,水泥,石子,砖头]这样一个类似工地堆场的列表;事实上字典,就是再给这些元素起一个名字,用来调用,例如:dict = {0:砂子,1:水泥,2:石子,3:砖头},这就是一个字典的键值对。在调用的时候,前面的列表list[0]代表的就是砂子,而字典dict[0]代表的也是砂子,两者不同点在于:列表中的元素一旦定义,他的位子是固定的,而字典里面的元素(键值对)顺序是无序的。

关于字典的具体操作,如pop、del、get以及keys、values、items等,再实际使用过程中再去体会他们的差别。


课后作业(可选)
按上一节运行自己的项目,新建一个*.ipynb文件,将上面代码敲入运行。


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编辑于 2019-11-30

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