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2.3.5 集合 set & 字典 dict

ClayPython大约 7 分钟

2.3.5 集合 set & 字典 dict

集合 set

集合，简称集。由任意个元素构成的集体。高级语言都实现了这个非常重要的数据结构类型。

Python中，它是可变的、无序的、不重复的元素的集合。

初始化

  • set() -> new empty set object
  • set(iterable) -> new set object
s1 = set()
s2 = set(range(5))
s3 = set([1, 2, 3])  # 报错
s4 = set('abcdabcd')
s5 = {} # 这是什么？  z字典
s6 = {1, 2, 3}
s7 = {1, (1,)}
s8 = {1, (1,), [1]} #  报错

元素性质

  • 去重：在集合中，所有元素必须相异
  • 无序：因为无序，所以不可索引
  • 可哈希：Python集合中的元素必须可以hash，即元素都可以使用内建函数hash
    • 目前学过不可hash的类型有：list、set、bytearray
  • 可迭代：set中虽然元素不一样，但元素都可以迭代出来

增加

  • add(elem)
    • 增加一个元素到 set 中
    • 如果元素存在，什么都不做
  • update(*others)
    • 合并其他元素到set集合中来
    • 参数others必须是可迭代对象
    • 就地修改
s = set()
s.add(1)
s.update((1,2,3), [2,3,4])

删除

  • remove(elem)

    • 从set中移除一个元素
    • 元素不存在，抛出KeyError异常。为什么是KeyError？

  • discard(elem)

    • 从set中移除一个元素
    • 元素不存在，什么都不做

  • pop() -> item

    • 移除并返回任意的元素。为什么是任意元素？ 因为是随机的，无序的
    • 空集返回KeyError异常

  • clear()

    • 移除所有元素
s = set(range(10))
s.remove(0)
#s.remove(11) # KeyError为什么
s.discard(11)
s.pop()
s.clear()

修改

集合类型没有修改。因为元素唯一。如果元素能够加入到集合中，说明它和别的元素不一样。

所谓修改，其实就是把当前元素改成一个完全不同的元素，就是删除加入新元素。

索引

非线性结构，不可索引。

遍历

只要是容器，都可以遍历元素。但是效率都是O(n)

成员运算符 in

print(10 in [1, 2, 3])
print(10 in {1, 2, 3})

上面2句代码，分别在列表和集合中搜索元素。如果列表和集合的元素都有100万个，谁的效率高？ 集合效率高

set、dict 使用 hash 表实现，内部使用 hash 值作为 key，时间复杂度为 O(1)，查询时间和数据规模无关，不会随着数据规模增大而搜索性能下降。

集合概念

  • 全集
    • 所有元素的集合。例如实数集，所有实数组成的集合就是全集
  • 子集 bset 和超集 superset
    • 一个集合A所有元素都在另一个集合B内，A是B的子集，B是A的超集
  • 真子集和真超集
    • A是B的子集，且A不等于B，A就是B的真子集，B是A的真超集
  • 并集：多个集合合并的结果
  • 交集：多个集合的公共部分
  • 差集：集合中除去和其他集合公共部分

并集

将两个集合A和B的所有的元素合并到一起，组成的集合称作集合A与集合B的并集

  • union(*others) 返回和多个集合合并后的新的集合
  • | 运算符重载，等同 union
  • update(*others) 和多个集合合并，就地修改
  • |= 等同update

交集

集合A和B，由所有属于A且属于B的元素组成的集合

  • intersection(*others) 返回和多个集合的交集
  • & 等同 intersection
  • intersection_update(*others) 获取和多个集合的交集，并就地修改
  • &= 等同 intersection_update

差集

集合A和B，由所有属于A且不属于B的元素组成的集合

  • difference(*others) 返回和多个集合的差集

  • - 等同difference

  • difference_update(*others) 获取和多个集合的差集并就地修改

  • -= 等同difference_update

对称差集

集合A和B，由所有不属于A和B的交集元素组成的集合，记作（A-B）∪（B-A）

  • symmetric_differece(other) 返回和另一个集合的对称差集
  • ^ 等同symmetric_differece
  • symmetric_differece_update(other) 获取和另一个集合的对称差集并就地修改
  • ^= 等同symmetric_differece_update

其它集合运算

  • issubset(other)、<= 判断当前集合是否是另一个集合的子集
  • set1 < set2 判断set1是否是set2的真子集
  • issuperset(other)、>= 判断当前集合是否是other的超集
  • set1 > set2 判断set1是否是set2的真超集
  • isdisjoint(other) 当前集合和另一个集合没有交集，没有交集，返回True

字典 dict

Dict 即 Dictionary，也称为 mapping。

Python 中，字典由任意个元素构成的集合，每一个元素称为 Item，也称为 Entry。这个 Item 是由(key, value)组成的二元组。

字典是可变的、无序的、key 不重复的 key-value 键值对集合。

初始化

  • dict(**kwargs) 使用 name=value 对初始化一个字典
  • dict(iterable, **kwarg) 使用可迭代对象和name=value对构造字典，不过可迭代对象的元素必须是一个二元结构
  • dict(mapping, **kwarg) 使用一个字典构建另一个字典

字典的初始化方法都非常常用，都需要会用

d1 = {}
d2 = dict()
d3 = dict(a=100, b=200)
d4 = dict(d3) # 构造另外一个字典
d5 = dict(d4, a=300, c=400)
d6 = dict([('a', 100), ['b', 200], (1, 'abc')], b=300, c=400)

# 类方法dict.fromkeys(iterable, value)
d = dict.fromkeys(range(5))
d = dict.fromkeys(range(5), 0)

元素访问

  • d[key]
    • 返回 key 对应的值 value
    • key 不存在抛出 KeyError 异常
  • get(key[, default])
    • 返回 key 对应的值 value
    • key 不存在返回缺省值，如果没有设置缺省值就返回 None
  • setdefault(key[, default])
    • 返回 key 对应的值 value
    • key 不存在，添加 kv 对，value 设置为 default，并返回 default，如果 default 没有设置，缺省 为None

新增和修改

  • d[key] = value
    • 将 key 对应的值修改为 value
    • key不存在添加新的kv对
  • update([other]) -> None
    • 使用另一个字典的 kv 对更新本字典
    • key不存在，就添加
    • key存在，覆盖已经存在的key对应的值
    • 就地修改
d = {}
d['a'] = 1
d.update(red=1)
d.update(['red', 2]) # 错误格式
d.update({'red':3})

删除

  • pop(key[, default])
    • key存在，移除它，并返回它的value
    • key不存在，返回给定的default
    • default未设置，key不存在则抛出KeyError异常
  • popitem()
    • 移除并返回一个任意的键值对
    • 字典为empty，抛出KeyError异常
  • clear()
    • 清空字典

遍历

1、遍历 Key

for k in d:
	print(k)
    
for k in d.keys():
	print(k)

2、遍历Value

for v in d.values():
	print(v)
    
for k in d.keys():
	print(d[k])
	print(d.get(k))

3、遍历Item

for item in d.items():
	print(item)
	print(item[0], item[1])
    
for k,v in d.items():
	print(k, v)
    
for k,_ in d.items():
	print(k)
    
for _,v in d.items():
	print(v)

Python3 中，keys、values、items方法返回一个类似一个生成器的可迭代对象

  • Dictionary view对象，可以使用len()、iter()、in操作
  • 字典的entry的动态的视图，字典变化，视图将反映出这些变化
  • keys返回一个类set对象，也就是可以看做一个set集合。如果values都可以hash，那么items也可以看做是类set对象

Python2 中，上面的方法会返回一个新的列表，立即占据新的内存空间。所以 Python2 建议使用 iterkeys、itervalues、iteritems 版本，返回一个迭代器，而不是返回一个copy

遍历与删除

# 错误的做法
d = dict(a=1, b=2, c=3)
for k,v in d.items():
	print(d.pop(k))

在使用keys、values、items方法遍历的时候，不可以改变字典的size

while len(d):
	print(d.popitem())
    
while d:
	print(d.popitem())

上面的 while 循环虽然可以移除字典元素，但是很少使用，不如直接 clear。

# for 循环正确删除
d = dict(a=1, b=2, c=3)
keys = []
for k,v in d.items():
	keys.append(k)
    
for k in keys:
	d.pop(k)

key

字典的 key 和 set 的元素要求一致

  • set 的元素可以就是看做 key，set 可以看做 dict 的简化版
  • hashable 可哈希才可以作为 key，可以使用 hash() 测试
  • 使用key访问，就如同列表使用index访问一样，时间复杂度都是O(1)，这也是最好的访问元素的方式
d = {
    1 : 0,
    2.0 : 3,
    "abc" : None,
    ('hello', 'world', 'python') : "string",
    b'abc' : '135'
}

print(d)

有序性

后续补充