Python程序设计-AI辅助编程-课件 第6章 集合与字典

第六章

集合与字典Python程序设计本章要点序列类型集合01字典03DeepSeek的使用02学习目标了解集合与字典的基本特性及适用场景；理解集合的无序唯一性与字典的键值对映射机制；掌握集合的创建、关系判断与运算操作；熟悉字典的创建、访问、修改及常用方法；培养数据抽象与高效组织信息的能力，强化逻辑严谨性和工程规范意识1集合集合集合类型用于存储无序且不重复的数据，与数学中的集合概念基本吻合。set类集合属于可变数据类型，集合中的数据可以增加或减少，提供了add()、remove()等方法，并且不存在哈希值。frozenset类集合是不可变数据类型，具有哈希性，一旦创建完成，其内部数据便无法增减，因此可以作为字典的键或其他集合的元素。未特别说明的集合类型，默认指数据可变的集合。本节重点探讨可变集合的使用方法。集合集合中的元素无固定顺序，不支持索引和切片等序列操作。在增加和删除元素时集合也不记录新元素位置或者插入点。集合支持union（联合）、intersection（交集）、difference（差集）以及symmetricdifference（对称差集）。集合是一种可遍历结构，可用for循环进行遍历。集合具有确定性，无序性和互异性的特点，基本功能包括关系测试和消除重复元素。集合的创建非空集合可通过将一系列用逗号分隔的数据放在一对大括号中的方法创建。空集合比较特殊，不能直接使用“{}”来创建和表示，而是使用set()创建和表示表示空的集合，使用frozenset()创建和表示空的不可变集合。set()和frozenset()函数又称为集合构造器，分别用来生成可变和不可变的集合。如果不提供任何参数，默认会生成空集合。如果提供一个参数，则该参数必须是可迭代的，即参数必须是序列、列表、元组、推导式、迭代器或字典等支持迭代的对象。集合的创建setA={1,2,3,4,5}#将集合数据赋值给变量，直接创建集合print(setA)#输出{1,2,3,4,5}setB={'吉林','武汉','北京'}print(setB)#输出{'吉林','武汉','北京'}setC=set()#使用函数创建一个空集合，空集合不能使用{}创建和表示print(setC)#输出set()setD=frozenset()#使用frozenset()函数构造器创建一个空的不可变集合print(setD)#输出frozenset()setE=set(range(8))#通过range创建集合{0,1,2,3,4,5,6,7}并赋值给SetEprint(setE)#输出{0,1,2,3,4,5,6,7}将集合类型数据直接赋值给变量即可创建并使用一个集合变量集合的创建setF=set([1,2,3,4,5])#set()将列表转为集合{1,2,3,4,5}print(setF)#输出{1,2,3,4,5}setG=frozenset((1,3,5,7))#用frozenset()函数将元组转为不可变集合print(setG)#输出frozenset({1,3,5,7})print(set('cheeseshop'))#字符串转为集合，去掉重复元素，{'c','p','o','e','s','h'}setH={i*iforiinrange(5)}#利用推导式生成集合print(setH)#{0,1,4,9,16}将集合类型数据直接赋值给变量即可创建并使用一个集合变量集合的创建s={1,2,3,4,5}t=ss.add(6)#集合s增加一个新元素6print(id(s),id(t))#两个对象的id相同，输出17860802048401786080204840print(s,t)#两个集合实际上指向同一对象，输出{1,2,3,4,5,6}{1,2,3,4,5,6}t=s.copy()#创建集合s的一个拷贝s.add(7)#集合s增加一个新元素7print(id(s),id(t))#id不同，是完全不同的两个对象，输出17860802048401786080205064print(s,t)#集合的元素不同，s的变化未影响到t,输出{1,2,3,4,5,6,7}{1,2,3,4,5,6}集合也可以赋值给另一个变量，但这时，两个变量指向相同的内存，当一个集合元素发生变化时，另一个集合的元素同时也会发生变化。如果需要创建一个集合s内容一致的不同集合对象，可以使用s.copy()方法。集合的创建setA=set((90,75,88,65,90))print(setA)#输出{88,65,90,75}，重复的90被去掉scores=[80,85,88,93,88,81,96,73,85,77,77,86,89,68,93,82,95,81,80,70]print(sorted(list(set(scores)))[0:4])#输出不重复的4个最低分[68,70,73,77]scores=[80,85,88,93,88,81,96,73,85,77,77,86,89,68,93]print(len(set(scores)))#scores共有11个不重复的数，输出11由于集合数据是不重复的，因此集合构造器常用来对其他序列数据进行“去重操作”。集合支持Python内置函数len(s)，用于获取集合s中数据元素的个数。实例6.1奇特的四位数一个四位数，各位数字互不相同，所有数字之和等于6，并且这个数是11的整数倍。满足这种要求的四位数有多少个？各是什么？将这个四位数转为集合，如果各位上有相同数字存在，重复数字会被去掉，则生成的集合长度len(set(str(i)))必小于4，只有长度等于4的集合，其对应的数中才无重复数字。所有数字之和等于6，并不需要从0000遍历到9999，只需要遍历到3210即可。又因为这个数是11的整数倍，则该数对11取模的值应该等于0。其中map(int,str(i))是将数字i转为字符，再映射为整型。实例6.1奇特的四位数#输出各位数字互不相同、所有数字之和等于6，且是11的整数倍的4位数ls=[]foriinrange(1000,3211):#各位数加和为6的最大的无重复数字的数是3210ifi%11==0andsum(map(int,str(i)))==6andlen(set(str(i)))==4:ls.append(i)#符合条件的数字加到列表ls里print(len(ls))#列表长度就是符合条件的数字的个数，输出6print(ls)#输出[1023,1320,2013,2310,3102,3201]实例6.2查找次大值从用户输入的若干数据里找出第二大的数并进行输出①用户输入的数据之间能够用逗号来分隔，要留意用户输入的数据仅有一个的特殊情况。②利用集合的特性，可去除用户输入数据里的重复项，然后对其进行排序，在恰当的位置找出次大值。实例6.2小明的生日datas=list(map(int,input().split(",")))set_data=set(datas)#去重new_datas=list(set_data)iflen(new_datas)<2:print("数据集{}只有一个数".format(new_datas))else:sort_datas=sorted(new_datas,reverse=True)print("数据集中第二大数是:{}".format(sort_datas[1]))可变集合类型的操作可变集合提供了一些关于元素的更新、删除等相关操作的方法，常用操作及其方法描述如表所示方法描述s.add(x)在集合s中添加元素x。s.remove(x)从集合s中删除元素x；如果x不是集合s中的元素(xnotins)，将引发KeyError错误。s.discard(x)如果x是集合s的元素，从集合s中删除x，如果s中不存在x也不会报错。s.pop()无参数，从集合中移除并返回任意一个元素，如果集合为空则会引发KeyError。s.clear()删除集合s中的所有元素。可变集合类型的操作s=set('Programming')print(s)#返回集合{'a','P','o','g','r','i','n','m'}，元素无序s.add('z')#向集合中添加元素'z'print(s)#{'a','P','z','o','g','r','i','n','m'}s.remove('z')#从集合中删除元素zprint(s)#{'a','P','o','g','r','i','n','m'}s.update('python')#将'python'中的元素添加到集合中，去除重复元素print(s)#{'y','p','a','P','o','h','g','r','i','n','m','t'}可变集合类型的操作s.discard('P')#从集合x中删除元素'P'print(s)#{'y','p','a','o','h','g','r','i','n','m','t'}s.pop()#删除s中的任意一个元素print(s)#{'p','a','o','h','g','r','i','n','m','t'}s.clear()#删除集合中的所有元素print(s)#返回空集合set()dels#删除集合print(s)#集合删除后不再可用，NameError:name's'isnotdefined可变集合类型的操作集合还提供了一系列的标准操作方法以及相应的符号运算。使用集合操作方法时，参数可以是可迭代数据；用符号操作时，参与运算的两个对象必须都是集合。方法符号描述s.update(t)s=s|t用t中的元素修改s，即s现在包含s或t的成员。ersection_update(t)s=s&ts中的成员是共同属于s和t的元素。s.difference_update(t)s=s-ts中的成员是属于s但不包含在t中的元素。s.symmetric_difference_update(t)s=s^ts中的成员更新为仅属于s、t之一的元素，不包含同时属于s和t的元素。可变集合类型的操作s=set('Programming')s=s-set('python')#将'python'中的存在的元素从集合中删除print(s)#输出{'r','P','m','a','i','g'}s=set('Programming')ersection_update('python')#s中的成员是共同属于'Programming'和'python'的元素print(s)#输出{'n','o'}可变集合类型的操作s=set('Programming')s.difference_update('python')#s中的成员是属于'Programming'但不包含在'python'中的元素print(s)#输出{'r','a','i','g','m','P'}s=set('Programming')s.symmetric_difference_update('python')'''s中的成员更新为那些包含在'Programming'或'python'中，但不是'Programming'和'python'共有的元素'''print(s)#输出{'y','h','r','a','i','g','t','p','m','P'}成员关系s=set('Programming')#s={'P','a','i','n','m','r','o','g'}print('k'ins)#s中不存在元素'k'，输出Falseprint('P'ins)#s中存在元素'P'，输出Trueprint('c'notins)#s中不存在元素'c'，输出True集合支持存在性测试，可用xins和xnotins操作判断数据x是否包含在集合s中，是否是该集合的成员集合关系当一个集合s中的元素包含另一个集合t中的所有元素时，称集合s是集合t的超集，或反过来，称t是s的子集。当两个集合中元素相同时，两个集合等价。集合的关系运算方法和含义如表所示。方法符号含义s.issubset(t)s<=ts是否是t的子集，是返回True，否则返回Falses.issuperset(t)s>=ts是否是t的超集，是返回True，否则返回False

s==ts是否和t相等，是返回True，否则返回False

s<ts是否是t的真子集，是返回True，否则返回False

s>ts是否是真包含t，是返回True，否则返回Falses.isdisjoint(t)

s和t是否无共同元素，是返回True，否则返回False集合关系s=set('python')#{'t','n','o','h','p','y'}t={'o','y','p','g'}print(s==t)#输出Falseprint(s!=t)#输出Trueu=frozenset(s)#frozenset({'p','y','t','n','o','h'})print(s==u)#输出Trueprint(set('posh')==set('shop'))#输出True1.集合等价/不等价集合关系s=set('shop')#{'h','s','o','p'}t=set('cheeseshop')#{'o','e','c','h','s','p'}u=set('bookshop')#{'o','k','h','s','b','p'}print(s<t)#s是t的子集，输出Trueprint(u>s)#u是s的超集，输出True2.子集/超集集合运算Python中的集合和数学中的集合概念基本一致，也支持集合的交、差、并等操作。集合运算的方法与含义：操作方法符号含义s.union(t)s|t返回集合s和t的并集ersection(t)s&t返回集合s和t的交集s.difference(t)s–t返回集合s和t的差集s.symmetric_difference(t)s^t返回集合s和t的对称差集，即存在于s和t中的非交集数据集合运算s=set('bookshop')#{'o','k','h','s','b','p'}t=set('cheeseshop')#{'o','e','c','h','s','p'}print(s|t)#属于任意集合的元素，输出{'p','o','c','e','b','h','s','k'}print(s&t)#同属于两个集合的元素，输出{'o','h','s','p'}print(s-t)#s中存在，但t中不存在的元素，输出{'k','b'}print(s^t)#只属于s或只属于t的元素，输出{'c','e','k','b'}使用集合方法union()、intersection()、difference()、issubset()、symmetric_difference()和issuperset()进行集合运算，参数可是任意可迭代对象；使用相应集合运算符进行集合运算，则要求运算符两侧的操作数都是集合。集合运算集合运算中的左右两个操作数集合的类型（set,frozenset)不管相同与否，结果集的类型都是左操作数集合的类型。2字典字典字典（dict）是Python内置的最主要、最常用的映射数据类型（MappingTypes），是一种无序可变数据类型。字典使用一对大括号“{}”来存放数据，元素之间用逗号“,”分隔。每个元素都是一个“键:值”对，用来表示“键”和“值”的映射关系或对应关系。例：{'name':'张明','age':18,'gender':'M'}字典字典中的键不可重复，必须在字典中是独一无二的数据。键必须使用不可变数据类型的数据，如：字符串、整型、浮点型、元组、frozenset等，不可以使用列表和可变集合等可变类型数据。字典的值可以是任意类型的数据，也可以重复。字典的创建创建一个不包含任何值的空字典，可使用以下方法中的一种：①将一对空的大括号赋值给一个变量来创建空字典。②用dict()函数不加任何参数来创建空字典。D1={}#使用一对不包含任何数据的“{}”创建一个空字典D2=dict()#使用字典构造器创建一个空字典print(D1,D2)#输出：{}{}字典的创建③通过给一个变量赋值一个字典类型的数据。D1={'name':'张三','age':19,'gender':'M'}#将一个字典数据赋值给一个变量，从而创建一个非空字典#使用字典构造器，给键名赋值（创建映射），创建字典，注意：此处的键名未加引号，#这种方法不能创建以Python关键字为字符串的键，如'for'键字典的创建④使用字典构造器dict()函数将其他类型的数据转为字典都可以创建一个非空字典。D2=dict(name='张三',age=19,gender='M')#使用字典构造器，通过包含两个元素（键和值）的序列，创建字典D3=dict([('name','张三'),('age',19),('gender','M')])#使用内置zip()函数，产生以二元组元素的序列，通过字典构造器，创建字典D4=dict(zip(('name','age','gender'),('张三',19,'M')))字典的创建⑤创建新字典的方法fromkeys()，使用语法：dict.fromkeys(seq[,value])seq为键的列表，value可选，用于设定键序列的值。该方法会返回一个新的字典，其中每个键都有相同的值，若value未提供，则其值为None。seq=('Python','Java','C')dict1=dict.fromkeys(seq)#value缺省，值均为Noneprint(dict1)#{'Python':None,'Java':None,'C':None}dict2=dict.fromkeys(seq,60)#值均为60print(dict2)#{'Python':60,'Java':60,'C':60}字典的创建⑥和其他序列和集合类数据一样，字典也可以使用推导式快速生成。D1={k:vfork,vin[('李明',),('张宏',)]}#用推导式从列表生成字典print(D1)#输出{'李明':,'张宏':}字典的创建当创建一个字典时，字典数据内部先后出现了键相同的两个及以上键值对时，字典将保留最后一个键值对作为字典中的数据元素。dict={'李明':,'张宏':,'吕京':,'李明':}#当有键相同的两个键值对时，保留后一个键值对print(dict)#{'李明':,'张宏':,'吕京':}字典的创建字典中的键必须是不可变数据类型，整型数值“1”和浮点型数值“1.0”都可以作为字典的键，但由于数字上“1==1.0”为真，所以键为“1”和“1.0”被认为是同一个键。而计算机内部存储浮点型数据时可能引入误差，建议字典的键尽可能不使用浮点型数据。d={1:100,1.0:1000}print(d)#输出{1:1000}，1和1.0只保留了一个print(d[1.0])#输出1000，1.0被等同于1进行处理获取字典值字典是一种无序数据类型，不能使用索引的方式获取其值。字典内部的数据具有“键”和“值”的映射关系，字典一般通过“键”来访问其“值”，语法为：dict[key]通过键“key”返回字典“dict”中与该键对应的值。当该键在字典中不存在时返回KeyError错误。实例6.3通讯录查询创建一个字典，用于存放姓名与相应的电话号码，如{'李明':,'张宏':,'吕京':}，借助字典实现具备基础通讯录查询功能的程序。（即：输入一个姓名，就能查到对应的电话号码）将通讯录信息以键值对：”姓名:电话号码”进行信息存储。通过“键”与“值”的映射关系（电话号码=dict[姓名]）实现查询功能。实例6.3通讯录查询#用字典存储数据的通讯录程序，查询功能dict={'李明':,'张宏':,'吕京':}#索引方法实现查询功能name=input('请输入要查询的联系人姓名：')ifnameindict:#为避免姓名不存在导致异常，先判断是否存在print(name+":"+dict[name])#以输入的人名为键访问字典中该键对应的值else:print("联系人不存在")采用dict[key]方法获取键对应的值时，本质是把“键”当作字典的索引值来使用的，不存在该索引值，则会提示错误。获取字典值为防止在字典中取数据时因访问不存在的键值而引发异常，导致程序意外中断，可以先检查键是否存在，或者采用异常处理机制。另外，还可以利用字典的内置方法get()来获取数据，其语法格式如下：dict.get(k[,default])含义：尝试从字典dict中取得键为“k”的元素中对应的值当字典dict中存在以“k”为键的元素时，则返回该键对应的值；当字典dict中不存在以“k”为键的元素时，则返回值default；如果没有提供default参数，则返回空值None。获取字典值用get()方法修改实例6.3的程序。#get()方法实现查询功能dict={'李明':,'张宏':,'吕京':}name=input('请输入要查询的联系人姓名：')print(name+":"+dict.get(name,'联系人不存在'))获取字典值在存在映射关系的数据中，取出指定数据时，采用字典方法比利用列表、元组等序列型数据更加简单方便。应用列表、元组等数据要遍历全部数据，而字典类型可以直接获取对应的值。字典提供了方法keys()、values()和items()可以获取字典中所有的“键”、“值”和“键-值”对。返回值是一个可迭代对象，其中的数据顺序不确定。方法描述dict.keys()获取字典dict中的所有键组成一个可迭代数据对象。dict.values()获取字典dict中的所有值组成一个可迭代数据对象。dict.items()获取字典dict中的所有键值对，两两组成元组，形成一个可迭代数据对象。获取字典值dict={'李明':,'张宏':,'吕京':}print(dict.keys())#返回可迭代对象print(list(dict.keys()))#将可迭代对象转为列表['李明','张宏','吕京']fornameindict.keys():#对可迭代对象dict_keys()进行遍历输出print(name)print(dict.values())#输出dict_values([,,])print(dict.items())#输出dict_items([('李明',),('张宏',),('吕京',)])forname,phoneindict.items():#对可迭代对象dict.items()进行遍历输出print(name+':'+phone)修改字典字典属于可变的数据类型，能够实现数据元素的增添、移除以及修改操作。1.元素值的修改dict[key]=value

当key在字典中存在时，修改其值，将value值作为字典dict中键key对应的新值。dict.update(k1=v1[,k2=v2,…])字典dict中存在k1、k2…时，将对应的值修改为v1、v2…，当不存在相应的键时，会将对应的k1:v1、k2:v2…键值对加入字典。修改字典示例dict={'李明':,'张宏':,'吕京':}dict['李明']=#将李明的电话更新为dict.update(张宏=)#将张宏的电话更新为dict.update(王晶=)#键‘王晶’不存在，将键值对加入字典print(dict)#输出更新后的字典修改字典2.元素的增加dict[newkey]=value当键名newkey在字典中不存在时，直接给字典dict新添加一个新的键newkey，并赋值为value。dict.setdefault(key[,value])字典dict中存在键key，返回key对应的值不存在键key，在字典中增加key:value键值对；值value缺省时，默认设其值为None。dict.update(anotherdict)一次性把另一个字典anotherdict的内容全部追加到当前字典中。修改字典示例dict={'李明':,'张宏':,'吕京':}dict['赵雪']=#为字典新增元素'赵雪':dict.setdefault('刘飞',)#为字典新增元素'刘飞':dict.setdefault(('程钱'))#值缺省时，默认为None，为字典新增元素'程钱':Noneprint(dict)anotherdict={'john':none,'merry':none}dict.update(anotherdict)修改字典①dict.pop(key[,default])返回字典dict中键key对应的值，并将键为key的键值对删除；若dict中不存在键key返回default，如果没有提供default则将报“KeyValue”异常。dict={'李明':,'张宏':,'吕京':,'赵雪':,'刘飞':,'程钱':None}delkey=dict.pop('李明')#删除键为李明的元素，返回值是键'李明'对应的值print('删除的联系人的电话是：',delkey)#删除的联系人的电话是：139888877773.元素的删除删除字典元素，可采用pop()、popitem()及clear()方法，或者运用del函数。修改字典3.元素的删除②dict.popitem()随机以元组形式返回一个键值对，同时删除dict中该数据，一般删除字典末尾的键值对。③deldict(key)：将字典dict中键为key的键值对元素删除；若dict中无key也会报异常。dict={'李明':,'张宏':,'吕京':}delitem=dict.popitem()#随机删除并返回一个键值对print('删除的联系人是：',delitem)#删除的联系人一般是最后一个元素#删除的联系人是：('吕京',)print(dict)#{'李明':,'张宏':}deldict['张宏']#删除键为'张宏'的键值对print(dict)#{'李明':}#deldict

则表示删除dict变量修改字典3.元素的删除④dict.clear()：清空dict中所有数据，dict成为空字典。dict={'吕京':,'赵雪':,'刘飞':}dict.clear()#清空字典dict中的所有数据，dict成为一个空字典print(dict)#返回一个空字典{}修改字典4.“视图”可迭代数据使用字典keys()、values()和items()方法生成的可迭代数据是一种特殊的“视图”类数据，这三个方法可以分别获得一个包含字典全部键、值和键值对的对象。它们的值关联至原始字典，当原始字典中的数据发生改变时，其值也会发生变化。dict={'李明':,'张宏':}ks=dict.keys()vs=dict.values()kvs=dict.items()print(ks)#输出dict_keys(['李明','张宏'])print(vs)#输出dict_values([,])print(kvs)#输出dict_items([('李明',),('张宏',)])修改字典dict.update(王晶=)#键‘王晶’不存在，将键值对加入字典print(dict)#输出{'李明':,'张宏':,'王晶':}print(ks)#输出dict_keys(['李明','张宏','王晶'])print(vs)#输出dict_values([,,])print(kvs)#输出dict_items([('李明',),('张宏',),('王晶',)])foriinkvs:print(i,end='')#输出('李明',)('张宏',)('王晶',)相关函数与方法Python内置了许多函数，其中字典处理常用的函数有len()、str()、type()。另外，字典对象自身也有许多处理方法。函数描述len(dict)计算字典元素个数，即键的总数。str(dict)将字典的值转化为适于人阅读的形式，以可打印的字符串表示。type(variable)返回输入的变量类型，如果变量是字典就返回字典类型。相关函数与方法方法名描述dict.clear()删除字典内所有元素dict.copy()返回一个字典的浅复制dict.fromkeys(iterable[,value])创建一个新字典，以序列iterable中元素做字典的键，value为字典所有键对应的初始值dict.get(key,default=None)返回指定键的值，如果值不在字典中返回default值dict.keys()以可迭代数据返回一个字典所有的键dict.values()以可迭代数据返回字典中的所有值dict.items()以可迭代数据返回可遍历的(键,值)元组dict.pop(key[,default])如果键key存在，返回键对应的值并移除键值对，如key不存在，返回default。dict.popitem()按后进先出顺序，移除并返回最后一个键值对（早期的版本随机移除一个元素）dict.setdefault(key,default=None)返回指定键的值，，但如果键不存在于字典中，将会添加键并将值设为defaultdict.update(dict2)把字典dict2的键/值对更新到dict里字典排序输出字典本身是无序的，但可以在输出时，将字典的元素、键或值转为列表再排序输出。dict.keys()、dict.values()、dict.items()都是可迭代对象，可以作为sorted()函数的参数。sorted()函数是python内置函数，可对字典进行排序并返回列表，其语法为：sorted(iterable,key,reverse)参数iterable为一个可以迭代的对象，如列表、元组、dict.items()、dict.keys()等;参数key是一个函数，用其函数值作为排序的依据;参数reverse是用来指定是按升序还是降序进行排序，reverse=True是降序，reverse=False是升序，默认reverse=False。字典排序输出输出时按键排序比较简单使用sorted(dict.keys())就能获得字典所有键并按键升序排序；使用sorted(dict.items())就能获得字典所有键值对并按键升序排序；如果想按照倒序排序的话，则只要将reverse置为true即可。dic={'Tom':21,'Bob':18,'Jack':23,'Ana':20}print(sorted(dic.keys()))#根据键进行排序print(sorted(dic.items()))#根据键值对进行排序print(sorted(dict.keys(),reverse=True)

字典排序输出对字典的值（value）排序则需要用到key参数，可使用lambda表达式的方法dic={'Tom':21,'Bob':18,'Jack':23,'Ana':20}print(sorted(dic.items(),key=lambdaitem:item[1]))#key参数