【MVCD 1】 - 技术栈

Python数据结构与面向对象编程 - 课程提纲

一、课程基本信息

日期：2023年4月11日
主题：数据结构与面向对象编程
重要通知 ：
- Assignment 0周四截止
- 今天是组队最后一天
- 周四开始Assignment 1（小组作业）

二、学习目标

学完本课后，学生将能够：

区分不同数据结构（lists、tuples、sets、dictionaries）及其属性和方法
根据具体任务选择合适的内置数据结构
设计和实现自定义Python对象（类）

三、Python内置数据结构对比

核心特性对比表

数据结构	可变性	有序性	可迭代	查找复杂度	定界符
List	✔	✔	遍历元素	O(n)	[]
Tuple	✘	✔	遍历元素	O(n)	()
Set	✔	✘	遍历元素	O(1)	{}
Dictionary	✔	✘	遍历键	O(1)	{}

1. Lists（列表）

特点：

可变：创建后可修改
有序：有第0、1、2...个元素
异构：可存储不同类型元素

常用方法：

.append(elem) - 添加元素 O(1)
.remove(elem) - 删除元素 O(n)
.count(elem) - 计数
.index(elem) - 查找索引
.sort() - 原地排序
.pop(i) - 弹出元素

2. Tuples（元组）

特点：

不可变：创建后不可修改（因此可哈希）
有序：有索引顺序
异构：可存储不同类型元素

优势：

存储效率更高
可作为字典的键（如果包含不可变数据）
注意：元组存储的是不可变引用，但引用的对象可能可变

3. Sets（集合）

特点：

可变：可添加/删除元素
无序：无索引概念
唯一性：自动去重
元素必须可哈希（不可变）

数学运算：

s & t - 交集
s | t - 并集
s - t - 差集
s ^ t - 对称差
s < t - 子集判断

操作复杂度：

.add() - O(1)
.remove() - O(1)
成员检查 - O(1)

4. Dictionaries（字典）

特点：

可变：可修改键值对
关联性：通过键访问值（非位置）
异构：键值可为不同类型
键唯一：每个键只能出现一次，键必须可哈希

常用方法：

.get(key, default) - 安全获取值
.keys() - 获取所有键
.values() - 获取所有值
.items() - 获取键值对
.pop(key, default) - 删除并返回值

四、集合操作常用模式

基础操作

python 复制代码

len(collection)                    # 获取长度
for elem in collection:            # 遍历元素
list("abc")                        # 从可迭代对象创建列表
set("abc")                         # 从可迭代对象创建集合

高级操作

python 复制代码

# 枚举
for i, elem in enumerate(['a', 'b', 41]):
    ...

# 排序
sorted("cbda")                     # => ['a', 'b', 'c', 'd']
sorted("cbda", reverse=True)       # => ['d', 'c', 'b', 'a']

# 配对组合
zip(['arpit', 'chase'], ['B+', 'A'])  
# => <('arpit', 'B+'), ('chase', 'A')>

# 范围生成
range(a, b, c)  # 从a到b（不含），步长为c
range(3, 10, 2) # => <3, 5, 7, 9>

五、列表推导式（Comprehensions）

基本模式

问题：返回100以下所有奇数平方数

传统方法：

python 复制代码

for i in range(loop_max):
    if (i ** 2) % 2 != 0:
        output.append(i ** 2)

推导式方法：

python 复制代码

[i ** 2 for i in range(int(num ** (1/2))) if (i ** 2) % 2 != 0]

语法结构

python 复制代码

# 列表推导式
[fn(x) for x in iterable if cond(x)]

# 字典推导式
{f(k): g(v) for k, v in iterable if cond(k, v)}

解析：

[] - 方括号定义列表
{} + : - 花括号+冒号定义字典
fn(x) - 应用函数
for x in iterable - 遍历可迭代对象
if cond(x) - 可选的条件过滤

六、课程演示

filter_pixels.py - 像素过滤示例
odd_squares.py - 奇数平方示例
axess.py - 类的魔术方法演示

核心思想：根据数据的可变性、有序性、唯一性需求选择合适的数据结构，使用推导式简化集合操作代码。