java程序员怎么从Python小白变成Python大拿？（二）

文章2：深入理解Python的数据结构

目标

掌握Python中常用的数据结构及其操作，包括列表解析式、字典的操作与优化、集合的特性和用途，以及元组的不变性及其应用场景。

一、列表解析式（List Comprehensions）

1. 基本语法

列表解析式通过一行代码生成列表，语法结构为：

csharp 复制代码

[expression for item in iterable if condition]

expression：生成列表元素的表达式。
item：从可迭代对象（如列表、字符串等）中逐个取出的元素。
iterable：被遍历的可迭代对象。
condition（可选）：过滤条件，只有满足条件的元素会被保留。

2. 示例

生成平方数列表：

ini 复制代码

squares = [x ** 2 for x in range(10)]  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

过滤偶数：

ini 复制代码

even_squares = [x ** 2 for x in range(10) if x % 2 == 0]  # [0, 16, 36, 64]

嵌套循环（生成乘法表）：

scss 复制代码

multiplication_table = [[x * y for y in range(1, 5)] for x in range(1, 5)]
# [[1, 2, 3, 4], [2, 4, 6, 8], [3, 6, 9, 12], [4, 8, 12, 16]]

处理复杂对象（从字典列表中提取符合条件的值）：

css 复制代码

people = [    {"name": "Alice", "age": 25},    {"name": "Bob", "age": 35},    {"name": "Charlie", "age": 30},    {"name": "David", "age": 40}]
names = [p["name"] for p in people if p["age"] > 30]  # ["Bob", "David"]

3. 练习

编写一个列表解析式，生成包含1到5的立方值的列表。

ini 复制代码

cubes = [x ** 3 for x in range(1, 6)]  # [1, 8, 27, 64, 125]

二、字典（Dictionary）的操作和优化

1. 基本操作

添加/更新键值对：

ini 复制代码

my_dict = {"apple": 1, "banana": 2}
my_dict["cherry"] = 3          # 添加新键值对
my_dict["apple"] = 10          # 更新现有键值对

删除键值对：

ini 复制代码

del my_dict["banana"]          # 删除指定键
popped_value = my_dict.pop("cherry")  # 移除并返回值

遍历字典：

python 复制代码

for key, value in my_dict.items():
    print(f"Key: {key}, Value: {value}")

2. 优化技巧

安全访问 ：使用get()方法避免KeyError：

ini 复制代码

value = my_dict.get("orange", "Not Found")  # 默认返回"Not Found"而非报错

字典推导式（快速生成字典）：

arduino 复制代码

# 统计单词出现次数
words = ["apple", "banana", "apple", "cherry"]
word_count = {word: words.count(word) for word in words}
# {"apple": 2, "banana": 1, "cherry": 1}

3. 练习

给定一个单词列表，创建一个字典记录每个单词的出现次数。

ini 复制代码

words = ["apple", "banana", "apple", "cherry", "banana"]
word_count = {}
for word in words:
    word_count[word] = word_count.get(word, 0) + 1
# 或使用推导式：
word_count = {word: words.count(word) for word in set(words)}

三、集合（Set）的特性和用途

1. 核心特性

无序：元素不按固定顺序存储。
唯一性：集合中的元素不可重复。
数学运算：支持交集、并集、差集等操作。

2. 常用操作

创建集合：

ini 复制代码

fruits_set = {"apple", "banana", "cherry"}

添加/删除元素：

csharp 复制代码

fruits_set.add("orange")       # 添加元素
fruits_set.remove("banana")    # 删除元素

集合运算：

ini 复制代码

set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {3, 4, 5, 6}
union = set1 | set2            # 并集：{1, 2, 3, 4, 5, 6}
intersection = set1 & set2     # 交集：{3, 4}
difference = set1 - set2       # 差集：{1, 2}

3. 练习

找出两个列表中共有的元素并以集合形式展示。

ini 复制代码

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
list2 = [4, 5, 6, 7, 8]
common_elements = set(list1) & set(list2)  # {4, 5}

四、元组（Tuple）的不变性及其应用场景

1. 不变性（Immutable）

元组一旦创建，其元素不能被修改、添加或删除。
访问速度比列表快，内存占用更少。

2. 应用场景

数据安全性：确保数据不被意外修改（如坐标、日期）。
字典键：由于元组不可变，可作为字典的键。
函数返回多个值：元组天然支持多值返回。

3. 示例

定义和访问：

ini 复制代码

coordinates = (10.0, 20.0)
print(coordinates[0])  # 10.0

作为字典键：

ini 复制代码

location = {(37.7749, -122.4194): "San Francisco"}

返回多个值：

ruby 复制代码

def get_coordinates():
    return (34.0522, -118.2437)  # 返回洛杉矶坐标
lat, lon = get_coordinates()

4. 练习

创建一个表示一周七天的元组，并访问"星期三"。

ini 复制代码

days = ("Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday", "Sunday")
print(days[2])  # 输出："Wednesday"

总结

通过掌握这些数据结构，你可以高效处理各种编程任务：

列表解析式：用简洁的代码生成复杂列表。
字典：快速查找和映射数据。
集合：去重和数学运算的利器。
元组：确保数据安全性和高效访问。

继续实践这些数据结构，你将能够编写更简洁、高效的Python代码！