Python字典操作与应用详解

Python 字典详解

1. 字典基础

什么是字典？

字典是Python中一种可变、无序的键值对集合。每个键值对用冒号分隔，键值对之间用逗号分隔，整个字典包括在花括号 {} 中。

python 复制代码

# 创建字典
person = {
    "name": "Alice",
    "age": 25,
    "city": "New York"
}

# 访问值
print(person["name"])  # 输出: Alice
print(person.get("age"))  # 输出: 25

字典的特点

键必须是不可变类型（字符串、数字、元组）
键必须是唯一的
值可以是任意类型
无序（Python 3.7+ 保持了插入顺序）

2. 创建字典的方法

python 复制代码

# 方法1: 直接创建
dict1 = {"name": "Alice", "age": 25}

# 方法2: 使用 dict() 构造函数
dict2 = dict(name="Bob", age=30)

# 方法3: 从键值对列表创建
dict3 = dict([("name", "Charlie"), ("age", 35)])

# 方法4: 使用字典推导式
dict4 = {x: x**2 for x in range(5)}  # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

# 方法5: 使用 fromkeys() 创建默认值字典
keys = ["name", "age", "city"]
dict5 = dict.fromkeys(keys, None)  # {'name': None, 'age': None, 'city': None}

3. 常用字典操作

访问元素

python 复制代码

person = {"name": "Alice", "age": 25}

# 使用键访问
print(person["name"])  # Alice

# 使用 get() 方法（避免 KeyError）
print(person.get("age"))  # 25
print(person.get("height", "Not found"))  # 默认值: Not found

# 检查键是否存在
print("name" in person)  # True
print("height" in person)  # False

添加和修改元素

python 复制代码

person = {"name": "Alice"}

# 添加新键值对
person["age"] = 25
person["city"] = "New York"

# 修改值
person["age"] = 26

# 使用 update() 方法
person.update({"job": "Engineer", "age": 27})

删除元素

python 复制代码

person = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "NY"}

# 删除指定键
del person["city"]

# 使用 pop() 删除并返回值
age = person.pop("age")  # 返回 25

# 使用 popitem() 删除最后一个键值对（Python 3.7+）
item = person.popitem()  # 返回 ('name', 'Alice')

# 清空字典
person.clear()

# 删除整个字典
del person

4. 字典遍历

python 复制代码

student = {
    "name": "Alice",
    "age": 22,
    "major": "Computer Science",
    "grades": {"math": 90, "english": 85}
}

# 遍历键
for key in student:
    print(key)

# 遍历键（显式）
for key in student.keys():
    print(key)

# 遍历值
for value in student.values():
    print(value)

# 遍历键值对
for key, value in student.items():
    print(f"{key}: {value}")

# 遍历嵌套字典
for subject, grade in student["grades"].items():
    print(f"{subject}: {grade}")

5. 字典方法

python 复制代码

person = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "NY"}

# keys() - 返回所有键
print(list(person.keys()))  # ['name', 'age', 'city']

# values() - 返回所有值
print(list(person.values()))  # ['Alice', 25, 'NY']

# items() - 返回所有键值对
print(list(person.items()))  # [('name', 'Alice'), ('age', 25), ('city', 'NY')]

# get() - 安全获取值
print(person.get("height", 170))  # 170

# setdefault() - 获取值，如果不存在则设置默认值
person.setdefault("country", "USA")

# copy() - 创建浅拷贝
person_copy = person.copy()

# fromkeys() - 从序列创建字典
new_dict = dict.fromkeys(["a", "b", "c"], 0)  # {'a': 0, 'b': 0, 'c': 0}

6. 字典推导式

python 复制代码

# 基本推导式
squares = {x: x**2 for x in range(1, 6)}  # {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}

# 带条件的推导式
even_squares = {x: x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0}

# 转换现有字典
original = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}
doubled = {k: v*2 for k, v in original.items()}

# 交换键值
swapped = {v: k for k, v in original.items()}

7. 嵌套字典

python 复制代码

# 嵌套字典示例
students = {
    "001": {
        "name": "Alice",
        "age": 22,
        "grades": {"math": 90, "english": 85}
    },
    "002": {
        "name": "Bob",
        "age": 23,
        "grades": {"math": 78, "english": 92}
    }
}

# 访问嵌套值
print(students["001"]["name"])  # Alice
print(students["002"]["grades"]["math"])  # 78

# 修改嵌套值
students["001"]["age"] = 23
students["001"]["grades"]["history"] = 88

8. 字典排序

python 复制代码

# Python 3.7+ 字典保持插入顺序，但有时需要排序

scores = {"Charlie": 85, "Alice": 95, "Bob": 90}

# 按键排序
sorted_by_key = dict(sorted(scores.items()))
# {'Alice': 95, 'Bob': 90, 'Charlie': 85}

# 按值排序
sorted_by_value = dict(sorted(scores.items(), key=lambda item: item[1]))
# {'Charlie': 85, 'Bob': 90, 'Alice': 95}

# 按值降序排序
sorted_by_value_desc = dict(sorted(scores.items(), key=lambda item: item[1], reverse=True))

9. 字典合并

python 复制代码

# Python 3.5+ 使用 ** 运算符
dict1 = {"a": 1, "b": 2}
dict2 = {"b": 3, "c": 4}
merged = {**dict1, **dict2}  # {'a': 1, 'b': 3, 'c': 4}

# Python 3.9+ 使用 | 运算符
merged = dict1 | dict2  # {'a': 1, 'b': 3, 'c': 4}

# 使用 update() 方法
dict1.update(dict2)  # dict1 被修改

# 使用字典推导式
merged = {k: v for d in [dict1, dict2] for k, v in d.items()}

10. 实用示例

python 复制代码

# 示例1: 单词频率统计
def word_frequency(text):
    words = text.lower().split()
    frequency = {}
    
    for word in words:
        frequency[word] = frequency.get(word, 0) + 1
    
    return frequency

text = "apple banana apple orange banana apple"
print(word_frequency(text))  # {'apple': 3, 'banana': 2, 'orange': 1}

# 示例2: 配置管理
config = {
    "database": {
        "host": "localhost",
        "port": 5432,
        "name": "mydb"
    },
    "server": {
        "host": "0.0.0.0",
        "port": 8000
    }
}

# 示例3: 缓存实现
class SimpleCache:
    def __init__(self, max_size=100):
        self.cache = {}
        self.max_size = max_size
    
    def get(self, key):
        return self.cache.get(key)
    
    def set(self, key, value):
        if len(self.cache) >= self.max_size:
            self.cache.pop(next(iter(self.cache)))
        self.cache[key] = value

11. 注意事项

python 复制代码

# 1. 键必须是不可变类型
# 正确的键
valid_keys = {
    "string": "value",
    123: "value",
    (1, 2, 3): "value"
}

# 错误的键（列表不能作为键）
# invalid = {[1, 2]: "value"}  # TypeError

# 2. 避免在遍历时修改字典
data = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}
# for key in data:
#     if key == "b":
#         del data[key]  # RuntimeError

# 正确的做法
keys_to_remove = []
for key in data:
    if key == "b":
        keys_to_remove.append(key)

for key in keys_to_remove:
    del data[key]

# 3. 使用 defaultdict 处理缺失键
from collections import defaultdict

word_count = defaultdict(int)  # 默认值为0
word_count["apple"] += 1  # 不需要检查键是否存在

总结

Python字典是一种非常高效和灵活的数据结构，特别适合存储和查询键值对数据。掌握字典的各种操作和方法，能够大大提高编程效率。字典在Python中的应用非常广泛，从简单的数据存储到复杂的算法实现都离不开它。