Python学习笔记四：集合、字典和运算符

一、集合

  在 Python 中，集合由内置的 set 类型定义。
  集合的特性：无序，元素唯一 ，可变。属于散列类型。

1. 创建和使用集合

  要创建集合，需要将所有项（元素）放在花括号（{}）内，以逗号（,）分隔。

>>> se = {1,2,'a','b'}  #{1, 2, 'b', 'a'}
>>> se3 = set() #用工厂方法定义空集合
>>> se4 = {}    #<class 'dict'>

2. 特点

(1) 无序性

  集合里的元素具有无序性。

>>> se = {1,'s',55,5}   # {'s', 1, 5, 55}

(2) 唯一性

  元素唯一，会去掉重复元素

>>> se={1,1,1,1,3}  # {1, 3}
>>> se3={1,2,[3,3,4]}   ##TypeError: unhashable type: 'list' list不可哈希
    #列表是可变的，所以不能满足唯一性
Hash()哈希函数可以检验对象是不是可哈希的
>>> hash((1,2,3))   #元组可以哈希 3713081631934410656 返回的是哈希位置
>>> hash([1,2])     # TypeError: unhashable type: 'list'

(3) 可变

3. 集合的运算

se={1, 2, 3，4}
se2={3, 4, 5, 6}

(1) 属于(元素与集合), 返回bool值

>>> 3 in se2    #True
>>> se in se2   #False
not in  #不属于

(2) 包含于(集合与集合), 返回bool值

>>> se < se2    #False
>>> se <= se2   #False

(3) 交集：&

  两个集合共有的元素，即重复的部分，返回一个集合

>>> se & se2   #{3,4}

(4) 并集：|

  取两个集合所有的元素，返回一个集合

>>> se | se2   #{1, 2, 3, 4, 5, 6}

(5) 差集：-

  前面的集合减去与后面的集合重复的元素，返回一个集合

>>> se - se2    #{1, 2}

(6) 与非集：^

  取两个集合各自独有的元素，返回一个集合

>>> se ^ se2    #{1, 2, 5, 6}

4. 集合的方法

>>> dir(set)
['__and__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__iand__', '__init__', '__init_subclass__', '__ior__', '__isub__', '__iter__', '__ixor__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__or__', '__rand__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__ror__', '__rsub__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__xor__', 'add', 'clear', 'copy', 'difference', 'difference_update', 'discard', 'intersection', 'intersection_update', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'pop', 'remove', 'symmetric_difference', 'symmetric_difference_update', 'union', 'update']

(1) set.add(…)

  添加单个元素到集合里。随机地添加到任意位置。如果添加一个已存在的元素，这将没有影响。无返回值。

>>> se.add(5)   #{1,2,3,4,5}

(2) set.update(…)

  添加多个元素。要放入可迭代的对象。无返回值。

>>> se.update('123')    #{1,2,3,4,'1','2','3'}
>>> se.update([1,2,3])  #添加已存在的元素，会自动去重
>>> se.update(1,2,3)    # TypeError: 'int' object is not iterable

(3)set.remove(…)

  指定移除一个集合里存在的元素，如果元素不在集合里，会抛出KeyError。无返回值。

>>> se.remove(1)    #{2, 3, 4, '3', '2', '1'}
>>> se.remove('1')  #{2, 3, 4, '3', '2'}
>>> se.remove(7)    #KeyError: 7

(4)set.clear()

  移除集合里所有的元素。无返回值。

>>> se.clear()    #{}

二、字典

  这里介绍一种可通过名称来访问其各个值的数据结构。这种数据结构称为映射(mapping)。字典是Python中唯一的内置映射类型，其中的值不按顺序排列，而是存储在键下。键可能是数、字符串或元组。
  字典是另一种可变容器模型，可存储任意类型的对象。
  字典的特性 ： key 唯一， 无序 ， 可变。属于散列类型。

1. 字典的用途

  字典(日常生活中的字典和Python字典)旨在让你能够够轻松地找到特定的单词(键)，以获悉其定义(值)。
在很多情况下，使用字典都比使用列表更合适。下面是Python字典的一些用途：

  • 表示棋盘的状态，其中每个键都是由坐标组成的元组
  • 存储文件修改时间，其中的键为文件名
  • 数字电话/地址簿

  假如有如下的名单：

>>> names = ['Alice', 'Beth', 'Cecil', 'Dee-Dee', 'Earl']

  如果创建一个小型数据库，在其中存储这些人的电话号码，该如何办呢？一种方法是再创建一个列表。假设只存储四位的分机号，这个列表将类似于：

>>> numbers = ['2341', '9102', '3158', '0142', '5551']

  创建这些列表后，就可像下面这样查找Cecil的电话好吗：

>>> numbers[names.index('Cecil')]   #'3158'

  这可行，但不太实用。实际上，你希望能干过像下面这样做：

>>> phonebool['Cecil']  #'3158'

  如何达成这个目标呢？只要phonebook是个字典就行了。

2. 创建和使用字典

  字典以类似于下面的方式表示：

Phonebook = {'Alice':'2341', 'Beth'':'9102','Cecil':'3258'}

  字典由键及其相应的值组成，这种键-值对称为项(item)。在前面的示例中，键为名字，而值为电话号码。每个键与其值之间都用冒号(:)分隔，项之间用逗号(,)分隔，而整个字典放在花括号内。空字典(没有任何项)用两个花括号表示，类似于下面这样：{}。
  注意：在字典(以及其他映射类型)中，键必须是独一无二的，如果同一个键被赋值两次，后面的值会被记住，而字典中的值无需如此。值可以取任何数据类型，键必须是不可变的，如字符串、数字或元组。

>>> di={'a':111,'b':222,'c':333}
>>> di={}   #class 'dict'

3. 函数dict

  可使用函数dict从其他映射（如其他字典）或键-值对序列创建字典。

>>> items = [('name', 'Gumby'), ('age', 42)]
>>> d = dict(items)
>>> d   #{'age': 42, 'name': 'Gumby'}
>>> d['name']   #'Gumby'        取值

  还可使用关键字实参来调用这个函数，如下所示：

>>> d = dict(name='Gumby', age=42)
>>> d   #{'age': 42, 'name': 'Gumby'}
>>> di2=dict(a=111) #{'a': 111}
#di2 = (2_a=111) #报错
#di2 = (_a=111)  #报错

  键要符合变量的命名规则

>>> di['c']=3   #{'c': 3}       修改

4. 基本的字典操作

字典的基本行为在很多方面都类似于序列。

  • len(d)返回字典d包含的项（键值对）数。
  • d[k]返回与键k相关联的值。
  • d[k] = v将值v关联到键k。
  • del d[k]删除键为k的项。del d删除整个字典。
  • k in d检查字典d是否包含键为k的项。

  虽然字典和列表有多个相同之处，但也有一些重要的不同之处。

  • 键的类型：字典中的键可以是整数，但并非必须是整数。字典中的键可以是任何不可变的类型，如浮点数（实数）、字符串或元组。
  • 自动添加：即便是字典中原本没有的键，也可以给它赋值，这将在字典中创建一个新项。然而，如果不使用append或其他类似的方法，就不能给列表中没有的元素赋值。
  • 成员资格：表达式k in d（其中d是一个字典）查找的是键而不是值，而表达式v in l（其中l是一个列表）查找的是值而不是索引。这看似不太一致，但你习惯后就会觉得相当自然。毕竟如果字典包含指定的键，检查相应的值就很容易。
      提示：相比于检查列表是否包含指定的值，检查字典是否包含指定的键的效率更高。数据结构越大，效率差距就越大。

5. 将字符串格式设置功能用于字典

  在第3章介绍过，可使用字符串格式设置功能来设置值的格式，这些值是作为命名或非命名参数提供给方法format的。在有些情况下，通过在字典中存储一些列命名的值，可让格式设置更容易些。
  例如，可在字典中包含各种信息，这样只需在格式字符串中提取所需的信息即可。为此，必须使用format_map来指出你讲通过一个映射来提供所需的信息。

>>> phonebook   #{'Beth': '9102', 'Alice': '2341', 'Cecil': '3258'}
>>> "Cecil's phone number is {Cecil}.".format_map(phonebook)
    #"Cecil's phone number is 3258.

  像这样使用字典时，可指定任意数量的转换说明符，条件是所有的字段名都是包含在字典中的键。

6.字典方法

>>> dir(dict)
['__class__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__setitem__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'clear', 'copy', 'fromkeys', 'get', 'items', 'keys', 'pop', 'popitem', 'setdefault', 'update', 'values']

(1) dict.clear()

d.clear() -> None.
  删除所有的字典项，无返回值。
  这为何很有用呢？我们来看两个场景。下面是第一个场景：

>>> x = {}
>>> y = x
>>> x['key'] = 'value'
>>> y   #{'key': 'value'}
>>> x = {}
>>> y   #{'key': 'value'}

下面是第二个场景：

>>> x = {}
>>> y = x
>>> x['key'] = 'value'
>>> y   #{'key': 'value'}
>>> x.clear()
>>> y   #{}

  在这两个场景中， x和y最初都指向同一个字典。在第一个场景中，我通过将一个空字典赋给x来“清空”它。这对y没有任何影响，它依然指向原来的字典。这种行为可能正是你想要的，但要删除原来字典的所有元素，必须使用clear。如果这样做， y也将是空的，如第二个场景所示。

(2) dict.copy(…)

  d.copy() -> a shallow copy of D
  方法copy返回一个新字典，其包含的键-值对与原来的字典相同（这个方法执行的是浅复制，因为值本身是原件，而非副本）。

>>> x = {'username': 'admin', 'machines': ['foo', 'bar', 'baz']}
>>> y = x.copy()
>>> y['username'] = 'mlh'    #原值不变
>>> y['machines'].remove('bar')  #原值一起变化
>>> y   #{'username': 'mlh', 'machines': ['foo', 'baz']}
>>> x   #{'username': 'admin', 'machines': ['foo', 'baz']}

>>> y['machines'][0]='aaa'   #原值一起变化
>>> x   #{'username': 'henry', 'machines': ['aaa', 'baz']}
>>> y   #{'username': 'mlh', 'machines': ['aaa', 'baz']}

  如你所见，当替换副本中的值时，原件不受影响。然而，如果修改副本中的值(就地修改而不是替换)，原件也将发生变化，因为原件指向的也是被修改的值。
  为避免上述问题可以使用copy模块中的deepcopy函数来执行深复制，即同时复制值及其包含的所有值。

>>> from copy import deepcopy
>>> d = {}
>>> d['names'] = ['Alfred', 'Bertrand']
>>> c = d.copy()
>>> dc = deepcopy(d)
>>> d['names'].append('Clive')
>>> c   #{'names': ['Alfred', 'Bertrand', 'Clive']}
>>> dc  #{'names': ['Alfred', 'Bertrand']}

(3) dict.fromkeys(…)

  fromkeys(iterable, value=None, /) method of builtins.type instance
  Returns a new dict with keys from iterable and values equal to value.
  方法fromkeys创建一个新字典，其中包含指定的键，且每个键对应的值都是None。返回一个新字典。

>>> {}.fromkeys(['name', 'age'])    #{'age': None, 'name': None}

  这个示例首先创建了一个空字典，再对其调用方法fromkeys来创建另一个字典，这显得有点多余。你可以不这样做，而是直接对dict（前面说过， dict是所有字典所属的类型）调用方法fromkeys。

>>> dict.fromkeys(['name', 'age'])  #{'age': None, 'name': None}

  如果你不想使用默认值None，可提供特定的值。这里只能批量生成，所以只能放一个值。

>>> dict.fromkeys(['name', 'age'], '(unknown)') 
    #{'age': '(unknown)', 'name': '(unknown)'}

(4) dict.get(…)

  d.get(k[,d]) -> D[k] if k in D, else d. d defaults to None.
  方法get查询键在不在字典里面，如果键k在，返回键k的值，不存在则返回None或者可以自定义返回值。

>>> di = {'a':111, 'b':222, 'c':3, 'd':444}
>>> di.get('c') #3
>>> di.get('e')

  你可指定“默认值”，这样将返回你指定的值而不是None。

>>> di.get('e','wobuzai') #'wibuzai'
>>> di.get('c','wobuzai')   #3

  通常，如果你试图访问字典中没有的项，将引发错误。而使用get在访问字典中不存在的项时默认返回None，并且不会引发上述错误。

>>> d = {}
>>> print(d['name'])
    Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in ?
    KeyError: 'name'

  而使用get不会这样：

>>> print(d.get('name'))    #None

  如果字典包含指定的键， get的作用将与普通字典查找相同。

>>> d['name'] = 'Eric'
>>> d.get('name')   #'Eric'

(5) dict.items()

  d.items() -> a set-like object providing a view on D's items
  方法items返回一个包含所有字典项的列表迭代器，其中每个元素都为(key, value)的元组形式。字典项在列表中的排列顺序不确定。

>>> di.items()
    #dict_items([('a', 111), ('b', 222), ('c', 3), ('d', 444)])

  然而，如果你要将字典项复制到列表中，可自己动手做。

>>> list(di.items())
    #[('a', 111), ('b', 222), ('c', 3), ('d', 444)]

  返回值属于一种名为字典视图的特殊类型，字典视图可用于迭代。另外，你还可确定其长度以及对其执行成员资格检查。

>>> it = di.items()
>>> len(it) #4
>>> ('a', 111) in it    #True

  视图的一个优点是不复制，它们始终是底层字典的反映。当底层字典的内容被修改时，视图呈现出来的是修改后的值。

>>> di['a'] = 99
>>> ('a', 111) in it        #False
>>> di['a'] = 0
>>> ('a', 0) in it  #True

(6) dict.keys()

  d.keys() -> a set-like object providing a view on D's keys
  方法keys返回一个字典视图，其中包含指定字典中的键。

>>> di.keys()
    #dict_keys(['a', 'b', 'c', 'd'])

(7) dict.values()

  d.values() -> an object providing a view on D's values
  方法values返回一个字典视图，其中包含指定字典中的值。不同于方法keys，方法values返回的视图可能包含重复的值。

>>> di.values()
    #dict_values([99, 222, 3, 444])

(8) dict.pop()

  d.pop(k[,d]) -> v
  方法pop可用于获取与指定键相关联的值，并将该键-值对从字典中删除。

>>> di.pop('c') #3
>>> di  # {'a': 99, 'b': 222, 'd': 444}
>>> di.pop()    #会不会像list,pop()一样删除最后一个项呢？
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#13>", line 1, in <module>
    di.pop()
TypeError: pop expected at least 1 arguments, got 0

(9) dict.popitem()

  d.popitem() -> (k, v)
  方法popitem类似于list.pop，但list.pop弹出列表中的最后一个元素，而popitem随机地弹出一个字典项，因为字典项的顺序是不确定的，没有“最后一个元素”的概念。如果你要以高效地方式逐个删除并处理所有字典项，这可能很有用，因为这样无需先获取键列表。返回字典中被删除的一项。

>>> di.popitem()    #('d', 444)

  如果字典为空字典，则会抛出KeyError

>>> di2={}
>>> di2.popitem()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#18>", line 1, in <module>
    di2.popitem()
KeyError: 'popitem(): dictionary is empty'

(10) dict.setdefault(…)

  d.setdefault(k[,d]) -> d.get(k,d), also set D[k]=d if k not in D
  方法setdefault有点像get，因为它也获取与指定键相关联的值，但除此之外，setdefault还在字典不包含指定的键时，在字典中添加指定的键-值对。

>>> di = {'a': 99, 'b': 222}
>>> di.setdefault('a')  #99
>>> di.setdefault('e')  
>>> di  #{'a': 99, 'b': 222, 'e': None}
>>> di.setdefault('e')  
>>> di.setdefault('d',444)  #{'a': 111, 'b': 222, 'c': None, 'd': 444}

  类似get，但是能改变字典。

>>> di.setdefault('a',666)  #111

  如你所见，指定的键不存在时，setdefault返回指定的值并相应地更新字典。如果指定的键存在，就返回其值，并保持字典不变。与get一样，值是可选的；如果没有指定，默认为None。

(11) dict.update()

  d.update([E, ]**F) -> None. Update d from dict/iterable E and F.
If E is present and has a .keys() method, then does: for k in E: d[k] = E[k]
If E is present and lacks a .keys() method, then does: for k, v in E: d[k] = v
In either case, this is followed by: for k in F: d[k] = F[k]
  方法update使用一个字典中的项来更新另一个字典。

>>> di = {'a': 99, 'b': 222, 'e': None}
>>> x = {'a':123,'f':555}
>>> di.update(x)
>>> di  #{'a': 123, 'b': 222, 'e': None, 'f': 555}

  对于通过参数提供的字典，将其项添加到当前字典中。如果当前字典包含键相同的项，就替换它。
  可像调用本章前面讨论的函数dict（类型构造函数）那样调用方法update。这意味着调用update时，可向它提供一个映射、一个由键值对组成的序列（或其他可迭代对象）或关键字参数。

7. 字典和列表的区别

dict的特点：

  1. 查找和插入的速度极快，不会随着key的增加而变慢。
  2. 需要占用大量内存，内存浪费多。

List的特点是：

  1. 查找和插入时间随着元素的增加而增加。
  2. 占用空间小，浪费内存很少。
    所以，dict是使用空间换取时间。

8. 可变，不可变

  可变，不可变：就在id不变的情况下，增值，改值

id()      # 每个对象有唯一的 id

  如何区分一个对象，是否 可变

hash()    # 成一个 唯一的哈希值。

  如果不能被hash，就说明这对象是可变的

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