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🗃 Python 内置数据结构
数据结构是在计算机中组织和存储数据的一种方式，它决定了数据如何存储、访问和修改。
- 数据结构就是数据的容器和组织方式。
- 它可以让我们更高效地完成任务，比如查找、排序、统计和修改数据。
Python 内置了常用的数据结构：
- 列表（List）
- 元组（Tuple）
- 字典（Dictionary）
- 集合（Set）
- 字符串（String）
一、列表（List）
列表是 Python 最常用的数据结构，可变、支持任意类型元素。
1. 创建列表
列表的元素可以是多种类型的，而且可以混用。
python
lst = [] # 空列表
lst = [1, 2, 3, 'a', True] # 列表
lst = list((1, 2, 3)) # 转换为列表
lst = [1,2,[3,4,5]] # 嵌套列表IMPORTANT
列表可以给另一个列表赋值，但是它们之间互相影响。如果需要真正意义的复制，需要用到深度拷贝函数。
python
lst1 = [1, 4, 3, 2]
lst2 = lst1
lst1.append(3)
print(lst2) # [1, 4, 3, 2, 3]2. 常用操作
append(x)
- 功能：在列表末尾添加一个元素。
- 参数：
x：任意对象。
python
lst = [1, 2]
lst.append(3)
print(lst) # [1, 2, 3]insert(index, x)
- 功能：在指定位置插入一个元素。
- 参数：
index：插入位置索引，x：任意对象。
python
lst = [1, 2]
lst.insert(1, 100)
print(lst) # [1, 100, 2]extend(iterable)
- 功能：将一个可迭代对象的所有元素添加到列表。
python
lst = [1, 2]
lst.extend([3, 4])
print(lst) # [1, 2, 3, 4]数学运算
加法 +：拼接
python
a = [1, 2]
b = [3, 4]
print(a + b) # [1, 2, 3, 4]乘法 *：重复
python
a = [1, 2]
print(a * 3) # [1, 2, 1, 2, 1, 2]列表添加元素的方法有
insert和extend,append他们都会修改到原来的类别，但是对于+和*操作，它们会返回一个新的列表。
remove(x)
- 功能：删除列表中第一个值为 x 的元素。如果不存在，程序抛出异常。
- 注意：如果没有该值会报错。
python
lst = [1, 2, 3, 2]
lst.remove(2)
print(lst) # [1, 3, 2]pop([index])
- 功能：删除指定索引的元素，并返回该元素。如果不指定，删除最后一个。
python
lst = [1, 2, 3]
lst.pop()
print(lst) # [1, 2]clear()
- 功能：清空列表。
sort(reverse=False)
- 功能：列表排序（原地排序，列表本身被改变了）
- 参数：
reverse：True 降序，False 升序。
python
lst = [3, 1, 2]
lst.sort()
print(lst) # [1, 2, 3]reverse()
- 功能：反转列表顺序。
- 参数：无
index(x, [start, end])
功能：查找某个值的位置，可以指导在某个区间查找
参数：
x：要查找的元素。start（可选）：从列表的哪个索引开始查找，默认是 0（从头开始）。end（可选）：查找到哪个索引结束（不包括该索引），默认是列表长度（到尾部）
count(x)
- 功能：返回 x 在列表中出现的次数。
- 参数：
x:需要查找的 x 的值
切片：lst[start:end:step]
功能：从列表中取出一部分元素，形成一个新列表。
参数：
start：起始索引（包含该位置），默认是 0。end：结束索引（不包含该位置），默认是列表长度。step：步长，默认是 1。负数表示反向切片。
python
lst = [0, 1, 2, 3, 4]
print(lst[1:4]) # [1, 2, 3]
print(lst[1:5:2]) # [1,3]
print(lst[:5:2]) # [0,2,4]
print(lst[::-1]) # [4, 3, 2, 1, 0] 列表颠倒TIP
列表切片会返回一个新的列表，所以列表本身不会被改变。
推导式：[表达式 for 变量 in 可迭代对象]
表达式：对变量进行操作，产生新的值。
变量：从可迭代对象中依次取出的元素。
可迭代对象：比如列表、字符串、range等。
python
lst = [x * 2 for x in range(5)]列表推导式还可以加 if 条件，过滤不符合条件的元素。
python
# 生成 0~9 中偶数的平方
evens = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(evens) # 输出: [0, 4, 16, 36, 64]二、元组（Tuple）
元组和列表类似，但不可修改（不可变对象）。
1. 创建元组
python
tpl = (1, 2, 3)
tpl = tuple([4, 5])2. 常用操作
index(x)
- 功能：返回指定值第一次出现的位置。
- 参数：
x： 要查找的元素。
python
tpl = (1, 2, 3, 2)
print(tpl.index(2)) # 1count(x)
- 功能：返回指定值出现的次数。
- 参数：
x： 要查找的元素。
python
tpl = (1, 2, 2, 3)
print(tpl.count(2)) # 2访问元素（通过索引）
python
tpl = (10, 20, 30)
print(tpl[0]) # 10遍历
python
tpl = (1, 2, 3)
for item in tpl:
print(item)三、字典（Dictionary）
字典存储键值对（key-value），可以通过键来访问，修改字典。
python
dict_1 = {key:value}
dict_2 = {key1:value1,key2:value2}每个键必须是可哈希的（hash() 函数能用），所以键通常是：
- 数字、字符串、元组（元素也必须可哈希）
- 不可以是列表、字典这种可变类型。
1. 创建字典
python
d = {'name': 'Tom', 'age': 20,(10,2):'black'}
print(d[(10,2)]) # black
d = dict(name='Tom', age=20)
print(d) # {'name': 'Tom', 'age': 20}2. 常用操作
访问与修改
python
print(d['name'])
d['age'] = 30添加
python
d['gender'] = 'male'删除
- pop(key[, default])：删除指定键。
- clear()：清空
- del d[key]
get(key, default=None)
功能：从字典中获取指定键
key对应的值。 如果键不存在，则返回default（默认是None），不会抛出异常。参数：
key：要查找的键（必填）。default（可选）：键不存在时返回的默认值，默认是None。
python
print(d.get('height', '未知'))keys()
- 功能：返回所有键。
values()
- 功能：返回所有值。
items()
- 功能：返回所有键值对（元组形式）。
python
for k in d.keys(): # 等同于 for k in d
print(k)
for v in d.values():
print(v)
for k, v in d.items():
print(k, v)NOTE
字典不支持切片的操作
四、集合（Set）
集合用于去重和集合运算，元素无序不重复。
1. 创建集合
python
s = {1, 2, 3}
s = set([1, 2, 2, 3])集合在设计上只关心‘有没有’，不关心‘排第几’。由于集合是无序的，所以无法通过下标（索引）的方式去访问。如果你想知道某一个集合里面都有哪些元数据，可以通过for x in set的方式。
2. 常用操作
add(x)
- 功能：添加元素到集合中。
- 参数：
- x ：添加的元素
python
s = {1, 2}
s.add(3)
print(s)remove(x)
- 功能：删除列表中第一个值为 x 的元素。如果不存在，程序抛出异常。
- 参数：
x:删除的元素
python
s.remove(2)discard(x)
- 功能：删除指定元素，如果不存在不会报错。
- 参数：
x:删除的元素
union(set)
- 功能：求并集。
- 参数：
set另外一个集合
python
print(s.union({4, 5}))intersection(set)
- 功能：求交集。
- 参数：
set另外一个集合
python
# intersection() 求交集：返回两个集合中都存在的元素
s1 = {1, 2, 3, 4}
s2 = {3, 4, 5, 6}
print(s1.intersection(s2)) # 输出: {3, 4}difference(set)
- 功能：求差集。
- 参数：
set另外一个集合
python
# difference() 求差集：返回第一个集合有但第二个集合没有的元素
print(s1.difference(s2)) # 输出: {1, 2}
print(s2.difference(s1)) # 输出: {5, 6}IMPORTANT
集合的操作可以用符号简便的表示：
python
s1 = {1, 2, 3}
s2 = {3, 4, 5}
print(s1 | s2) # 并集，等同于 s1.union(s2)，输出: {1, 2, 3, 4, 5}
print(s1 & s2) # 交集，等同于 s1.intersection(s2)，输出: {3}
print(s1 - s2) # 差集，等同于 s1.difference(s2)，输出: {1, 2}五、字符串（String）
字符串是 Python 最常用的数据类型之一，属于不可变类型。
1. 常用操作
大小写转换
- upper()：转为大写
- lower()：转为小写
- capitalize()：首字母大写
- title()：每个单词首字母大写
python
s = "hello world"
print(s.upper()) # HELLO WORLD
print(s.capitalize()) # Hello worldstrip([chars])
- 功能：去除字符串首尾指定字符（默认为空格）
- 参数：
- 需要去除的字符
python
s = " hello world "
print(s.strip()) # "hello world"find(sub[, start[, end]])
- 功能：在字符串里查找子字符串
sub第一次出现的位置（索引）。 找不到时返回-1，不会报错。 - 参数：
sub：要查找的子字符串（必填）。start（可选）：开始查找的起始索引，默认从0开始。end（可选）：查找的结束索引（不包含该位置），默认查到字符串末尾。
python
s = "hello world"
print(s.find("world")) # 6replace(old, new[, count])
- 功能：将字符串中出现的子串
old替换成new。 可以指定替换次数，默认全部替换。 - 参数：
old：要被替换的子串（必填）。new：替换成的子串（必填）。count（可选）：替换的最大次数，默认替换所有出现的。
python
s = "hello world world"
print(s.replace("world", "Python")) # 替换所有，输出 "hello Python Python"
print(s.replace("world", "Python", 1)) # 只替换第一个，输出 "hello Python world"print(s.replace("world", "Python"))split(sep=None, maxsplit=-1)
- 功能：将字符串按照指定分隔符拆分成列表。 如果不指定分隔符，默认按任意空白字符（空格、换行、制表符等）拆分。 可以指定拆分次数。
- 参数：
sep（可选）：分隔符字符串，默认是None，表示按任意空白字符拆分。maxsplit：最大切割次数，值为-1表示不限次数。
python
s = "a,b,c"
print(s.split(",")) # ['a', 'b', 'c']join(iterable)
- 功能：用当前字符串作为分隔符连接成一个新的字符串，可以是空字符串。
- 参数：
iterable：一个可迭代对象，里面的元素都必须是字符串。
python
lst = ["a", "b", "c"]
print(",".join(lst)) # a,b,c
print("-".join(lst)) # a-b-c格式化
python
name = "Tom"
age = 20
print(f"姓名：{name}, 年龄：{age}")切片：lst[start:end:step]
功能：从列表中取出一部分元素，形成一个新的字符串。
参数：
start：起始索引（包含该位置），默认是 0（ step > 0 情况下）。end：结束索引（不包含该位置），默认是列表长度 step > 0 情况下）。step：步长，默认是 1。负数表示反向切片。
python
s = "abcdefg"
print(s[1:4]) # bcd，索引 1 到 3
print(s[:5]) # abcde，从头到索引 4
print(s[2:]) # cdefg，从索引 2 到末尾
print(s[::2]) # aceg，步长 2
print(s[::-1]) # gfedcba，反向切片，字符串倒序六、练习题
基础题
- 创建一个列表，包含 5 个任意元素，并依次打印。
- 向列表中插入一个元素，并删除一个元素，打印最终结果。
- 使用列表推导式创建一个列表，包含 1~10 的平方。
- 创建一个元组，尝试修改其元素，观察报错信息。
- 创建一个字典，添加和删除键值对，使用
get()查询值。 - 遍历一个字典，打印所有键和值。
- 创建两个集合，求它们的并集、交集和差集。
- 输入一个字符串，输出其反转结果。
- 输入多个单词，使用空格连接成一句话。
- 创建一个列表，统计其中某个元素的出现次数。
- 给定一个列表，删除所有值为指定值的元素。
- 判断一个列表是否为空。
- 输入一个列表，输出其中的最大值和最小值。
- 将两个列表合并为一个列表，并去重。
- 创建一个元组，输出其所有元素的和。
- 判断一个元素是否存在于元组中。
- 将一个列表转换为元组，并打印。
- 统计一个元组中指定元素的数量。
- 将一个元组按索引切片输出指定部分。
综合题
- 输入若干对键值，创建一个字典，并输出键值对数量。
- 输入一个 key，判断其是否在字典中存在，并输出对应的值。
- 合并两个字典，输出合并后的结果。
- 将字典中的所有 key 和 value 颠倒，生成新字典。
- 字典中，统计所有 value 的总和（假设值为数值型）。
- 输入一个列表，使用集合去重后输出，并统计不同元素个数。
- 输入一个列表，按元素出现次数从多到少排序。
- 输入一段字符串，统计每个字符出现的次数，并以字典形式输出。
- 输入一个句子，统计其中单词数量，并找出最长的单词。
- 判断两个字符串是否为回文，并考虑大小写和空格忽略。
- 输入一个列表和一个数值，统计该数值出现位置索引列表。
- 输入一组数字，找出其中所有质数，并输出它们的和。
- 输入若干个字典，合并为一个大字典，重复 key 的值求和。
- 输入一个正整数，输出其阶乘结果。
- 使用 while 循环查找第一个大于 100 且能被 7 整除的平方数。
- 输入一组字符串，按长度从短到长排序，并按首字母排序。
- 输入一个句子，将其中每个单词的首字母大写，并反转句子顺序。
- 输入一个二维列表，按行求和输出总和列表。
- 编写一个程序，将列表中的负数全部替换为其绝对值后排序。
- 输入任意数据结构（列表/元组/集合/字符串），判断其是否为空，并输出长度。