Python程序设计：从基础到人工智能实践标准教程-第4章 复杂数据类型

内容导读在Python中，复杂数据类型是指由简单数据类型（整数、字符串等）组合或嵌套而成的数据结构，用于组织和管理更复杂的数据。Python中的复杂数据类型包括列表（list）、元组（tuple）、字典、集合等，本章将对此进行介绍。目录Contents4.1列表4.2元组4.3集合4.4字典4.5拓展练习4.1.1列表的创建和删除在Python3中，列表可以通过多种方式创建，常见的包括通过[]直接创建、通过list()函数创建以及通过range()函数创建数值列表等。1.使用[]创建列表列表可以直接通过方括号“[]”创建，其中的元素通过逗号分隔。list1=[]#创建一个空列表list2=["Python","Java","C"]#元素都是字符串类型list3=[3,8,15,21]#元素都是数值类型list4=[20,"hello",False,3.6]#元素为混合类型list5=[[2,5,8],["a","b","c"]]#元素为嵌套列表4.1.1列表的创建和删除2.通过list()函数创建列表list()函数可以将其他可迭代对象（如元组、字符串、集合等）转换为列表。具体示例如下：>>>list1=list()#创建空列表>>>print(list1)[]>>>list2=list("Python")#将字符串转换成列表>>>print(list2)['P','y','t','h','o','n']4.1.1列表的创建和删除3.通过range()函数创建数值列表通过range()函数可以很方便的创建数值列表，这在实际开发中很常见。range()函数的语法格式如下：range([start,]end[,step])4.1.1列表的创建和删除4.推导式生成列表使用列表推导式可以非常方便的创建列表，这是Python程序开发时最常用的技术。列表推导式的语法格式如下：[表达式for迭代变量in可迭代对象[if条件表达式]]4.1.1列表的创建和删除if条件表达式是可选的，只有满足条件的元素才会被包含到最后的列表中。例如：（1）生成一个包含1到10的平方的列表>>>squares=[x**2forxinrange(1,11)]>>>squares[1,4,9,16,25,36,49,64,81,100]（2）生成一个包含1到10之间所有偶数的列表>>>even_numbers=[xforxinrange(1,11)ifx%2==0]>>>even_numbers[2,4,6,8,10]4.1.1列表的创建和删除（3）使用列表推导式实现嵌套列表的平铺>>>matrix=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]>>>flattened=[xforrowinmatrixforxinrow]>>>flattened[1,2,3,4,5,6,7,8,9]4.1.1列表的创建和删除5. 列表的删除当不再使用一个列表时，可以使用del命令删除整个列表，如果列表对象所指向的值不再有其他对象指向，Python将同时删除其值。例如：>>>zzuli=["为之则易","不为则难"]>>>delzzuli>>>zzuliTraceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#11>",line1,in<module>zzuliNameError:name'zzuli'isnotdefined4.1.2列表元素访问和计数列表中的每一个元素都对应一个位置编号，称为元素的索引，列表通过索引来访问元素，其语法格式如下：列表名[索引值]4.1.2列表元素访问和计数1.通过索引直接访问可以通过索引直接访问列表中的元素。索引的区间在[0,列表长度-1]这个范围，超过这个范围则会抛出下标越界异常。>>>my_list=['apple','banana','cherry','date']>>>my_list[2]'cherry'>>>my_list[4]Traceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#14>",line1,in<module>my_list[4]IndexError:listindexoutofrange4.1.2列表元素访问和计数2.使用index()获取指定元素在列表中首次出现的下标可以使用列表对象的index()方法来获取指定元素首次出现的位置，语法格式如下：index(value,[start,[end]])其中，start和end指定了搜索的范围，start默认为0，end默认为列表长度。若列表中不存在指定元素，则抛出异常。>>>a=[10,0,30,40,60,20,30,50,30]>>>a.index(20)5>>>a.index(20,3)#从索引3开始往后搜索的第一个20出现的位置54.1.2列表元素访问和计数>>>a.index(30,5,7)#从索引5到7这个区间，元素30第一次出现的位置6>>>a.index(70)#列表中不存在70，抛出异常Traceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#8>",line1,in<module>a.index(70)ValueError:70isnotinlist4.1.2列表元素访问和计数3.获取指定元素出现的次数可以使用列表对象的count()方法返回指定元素在列表中出现的次数。例如：>>>list=[10,0,30,40,60,20,30,50,30]>>>list.count(20)1>>>list.count(5)04.1.3列表中元素的编辑操作当列表增加和删除元素时，列表会自动进行内存管理，大大减少了程序员的负担。但这个特点涉及列表元素的大量移动，效率较低。1.列表元素的增加Python主要提供了五种添加元素的方法。（1）append()方法使用append()方法，原地修改列表，是真正意义上的在列表尾部追加元素，速度最快，推荐使用。>>>list=[70,120]>>>list.append(50)>>>list[70,120,50]4.1.3列表中元素的编辑操作（2）extend()方法列表对象的extend()方法可以将一个列表中的全部元素添加到另一个列表中，属于原地操作，不创建新的对象。>>>list1=[3,6,9,10]>>>list2=[4,7,16]>>>id(list1)2208692684224>>>list1.extend(list2)>>>list1[3,6,9,10,4,7,16]>>>id(list1)22086926842244.1.3列表中元素的编辑操作（3）insert()方法使用insert()方法可以将指定的元素插入到列表对象的任意指定位置。这样会让插入位置后面所有的元素进行移动，影响处理速度。涉及大量元素时，尽量避免使用。>>>list=[0,16,27]>>>list.insert(3,36)>>>list[0,16,27,36]4.1.3列表中元素的编辑操作（4）“+”运算符可以使用“+”运算符把元素添加到列表中。这种方式并不是真正的在尾部添加元素，而是创建新的列表对象。>>>list=[12,37]>>>id(list)2208735459712>>>list=list+[16]>>>list[12,37,16]>>>id(list)22087353841924.1.3列表中元素的编辑操作（5）乘法扩展使用*运算，可以生成一个新列表，新列表元素是原列表元素的多次重复。>>>list1=[2,3,7]>>>list2=list1*2>>>list2[2,3,7,2,3,7]4.1.3列表中元素的编辑操作2.列表元素的删除删除元素主要有两种方式，一种是根据索引删除，一种是根据元素值删除。（1）根据索引删除删除列表中的指定元素和删除列表类似，也可以使用del语句实现。>>>list=[0,2,3,4,7,9]>>>dellist[2]>>>list[0,2,4,7,9]>>>dellist[-2]>>>list[0,2,4,9]4.1.3列表中元素的编辑操作（2）根据元素值删除remove()方法用于删除列表对象中第一个匹配的指定元素，若指定元素不存在则抛出异常。>>>list=[13,17,32,23,29,41]>>>list.remove(32)>>>list[13,17,23,29,41]>>>list.remove(50)Traceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#49>",line1,in<module>list.remove(50)ValueError:list.remove(x):xnotinlist4.1.3列表中元素的编辑操作3.列表元素的修改修改列表中的元素只需要通过索引获取该元素，再为其重新赋值即可。>>>list=[13,16,45,31]>>>list[2]=12>>>list[13,16,12,31]4.1.3列表中元素的编辑操作4.求列表中元素的个数求列表中元素的个数可以通过len()函数实现。>>>list=[1,2,3,4,5,6]>>>len(list)64.1.3列表中元素的编辑操作5.判断指定元素是否在列表中使用in关键字可以直接检查元素是否存在，返回布尔值True或False。>>>list=[1,2,"apple",3.14,"banana"]>>>"orange"inlistFalse>>>"orange"notinlistTrue4.1.4列表遍历列表遍历是一种常见操作，在该过程中可以实现数据处理、条件筛选、数据聚合等功能。Python中提供了多种遍历列表的方法，常用的包括以下两种。1.直接使用for循环遍历语法格式如下：foriteminlistname:print(item)4.1.4列表遍历2.使用enumerate()函数实现enumerate()是Python的内置函数，通过它可以列举出序列中的数，返回索引序号和对应的元素。其语法格式如下：enumerate(iterable,start=0)4.1.5列表的排序在实际开发中，经常需要对列表种的元素进行排序，这可以通过Python提供的内置函数sort()方法来实现，该方法对列表进行原地排序，不会生成新的列表对象。其语法格式如下：list.sort(key=None,reverse=False)其中，list表示要排序的列表，参数key可选，用于指定一个函数，该函数应该返回一个可以用来比较的值，默认情况下，sort()使用元素的自然顺序进行排序。reverse这也是一个可选参数，如果设置为True，那么列表会被降序排序；如果设置为False（默认值），那么列表会被升序排序。4.1.6切片操作切片是Python序列的重要操作之一，适用于列表、元组、字符串、range对象等类型。切片操作可以从序列中截取部分元素组成新的序列，且不会使原序列发生变化，还可以使用切片来修改和删除列表中的部分元素，甚至可以通过切片操作为列表对象增加元素。基本语法如下：sequence[start:stop:step]其中，sequence是要进行切片操作的序列对象；start是切片的起始索引（包含），如果省略则默认为0；stop是切片的结束索引（不包含），如果省略则默认为序列的长度；step是切片的步长，如果省略则默认为1。另外，切片操作不会因为下标越界产生异常，而是简单地在列表末尾截断或者返回一个空列表。目录Contents4.1列表4.2元组关注微信公众号DSSF007，回复关键字“清华电脑学堂”获取更多资源4.3集合4.4字典4.5拓展练习4.2.1元组的创建和删除1.使用（）直接创建元组创建元组和创建列表的方法相似，使用圆括号就可以创建元组，只需要在圆括号中添加元素，元素间使用逗号分隔，也可以省略圆括号。>>>atuple=(1,'hello',2)>>>atuple(1,'hello',2)>>>atuple=(1)>>>type(atuple)<class'int'>4.2.1元组的创建和删除>>>atuple=(1,)>>>type(atuple)<class'tuple'>>>>atuple=1,2,3>>>atuple(1,2,3)4.2.1元组的创建和删除2.通过tuple()创建元组通过列表的创建可知，list()可以接收元组、字符串、其他序列类型、迭代器等生成列表，而tuple()可以接收列表、字符串、其他序列类型、迭代器等生成元组，语法格式如下：tuple(可迭代对象)4.2.1元组的创建和删除例如：>>>a=tuple()#创建一个空元组>>>a=tuple('abc')#把字符串转换为元组>>>a('a','b','c')>>>a=tuple(range(5))#把range()函数循环出来的结果转换为数值元组>>>a(0,1,2,3,4)>>>a=tuple([1,2,3])#把列表转换为元组>>>a(1,2,3)4.2.1元组的创建和删除3.删除元组元组中的元素值不允许删除，但对于已经存在的元组，可以使用del语句将其整个删除，语法格式如下：其中，tuplename表示要删除的元组名。4.2.2元组的元素访问在Python中对元组遍历最常见的就是输出元素内容，直接使用print()函数即可。例如：>>>a=('苏轼','苏洵','王阳明','章衡')>>>print(a)('苏轼','苏洵','王阳明','章衡')4.2.3元组的排序在Python中，元组是不可变序列，无法像列表一样直接原地排序，但可以通过内置函数sorted(tupleObj)，生成新的列表对象。例如：>>>a=(17,8,26,3,9)>>>b=sorted(a)>>>b[3,8,9,17,26]4.2.4序列解包Python中的序列解包（sequenceunpacking）是一种强大且便捷的功能，可以将一个序列（如列表、元组、字符串等）中的元素分别赋值给多个变量，这在处理具有固定数量元素的序列时特别有用，可以使程序更加简洁和易读。以下是序列解包的一些基本示例。（1）元组解包>>>t=(1,2,3)#定义一个元组>>>a,b,c=t#解包元组到单独的变量>>>a1>>>b2>>>c34.2.4序列解包（2）列表解包>>>list=[4,5,6]#定义一个列表>>>x,y,z=list#解包列表到单独的变量>>>x4>>>y5>>>z64.2.5生成器推导式列表推导式直接生成列表对象，生成器推导式生成的不是列表也不是元组，而是一个生成器对象。我们可以通过生成器对象，转化成列表或者元组，也可以使用生成器对象的__next__()方法进行遍历，或者直接作为迭代器对象来使用。>>>t=(x**2forxinrange(6))>>>t<generatorobject<genexpr>at0x0000019D453B2A80>>>>tuple(t)(0,1,4,9,16,25)>>>t4.2.5生成器推导式<generatorobject<genexpr>at0x0000019D453B2A80>>>>tuple(t)()>>>t=(x**2forxinrange(6))>>>t.__next__()0>>>t.__next__()1>>>t.__next__()4目录Contents4.1列表4.2元组关注微信公众号DSSF007，回复关键字“清华电脑学堂”获取更多资源4.3集合4.4字典4.5拓展练习4.3.1集合的创建和删除1.集合的创建创建集合主要有两种方法：（1）使用{}创建集合，并使用add()方法添加元素>>>s={8,12,33}>>>s{8,33,12}>>>s.add(6)>>>s{8,33,12,6}4.3.1集合的创建和删除（2）使用set()函数，将列表、元组等可迭代对象转成集合>>>list1=[4,10,17]>>>s=set(list1)>>>s{17,10,4}>>>t1=(2,2,4,5,5)>>>s1=set(t1)>>>s1{2,4,5}4.3.1集合的创建和删除2.集合的删除（1）使用del命令删除集合对象>>>s={3,6,8,10}>>>dels>>>sTraceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#50>",line1,in<module>sNameError:name's'isnotdefined.Didyoumean:'s1'?4.3.1集合的创建和删除（2）用集合的remove()方法删除指定元素，用clear()方法清空集合中所有元素>>>s={6,8,17,24}>>>s.remove(6)>>>s{8,17,24}>>>s.clear()>>>sset()4.3.2集合的运算集合最常见的运算是求并集、差集、交集等运算，结合数学中集合的概念，这些运算是很容易被理解的。例如：>>>s1={1,2,3,4}>>>s2={3,4,5,6}>>>s3=s1-s2>>>s3{1,2}>>>s4=s1|s2>>>s4{1,2,3,4,5,6}4.3.2集合的运算>>>s5=s1&s2>>>s5{3,4}>>>s6=s1^s2>>>s6{1,2,5,6}>>>s1|=s2>>>s1{1,2,3,4,5,6}目录Contents4.1列表4.2元组关注微信公众号DSSF007，回复关键字“清华电脑学堂”获取更多资源4.3集合4.4字典4.5拓展练习4.4.1字典的创建和删除创建字典就是创建键与值之间的关联。在Python中可以使用大括号{}或dict（）创建字典1.通过{}来创建字典对象>>>p1={'name':'zhangsan','age':18,'hobby':'sing'}>>>p2={}#空的字典对象>>>p1{'name':'zhangsan','age':18,'hobby':'sing'}4.4.1字典的创建和删除2.通过内置函数dict()创建字典对象>>>p3=dict(name="linyi",age=28,city="chengdu")>>>p3{'name':'linyi','age':28,'city':'chengdu'}>>>p4=dict()#空的字典对象>>>p4{}4.4.1字典的创建和删除3.字典的删除当不再需要某个字典对象时，可以使用del命令删除整个字典，比如要删除上面创建的字典对象p1，可以使用如下代码：>>>delp1>>>p1#p已经被删除，再访问的话会报错Traceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#8>",line1,in<module>p1NameError:name'p1'isnotdefined.Didyoumean:'p3'?4.4.2字典元素的访问有多种方式可以对字典中的元素进行访问，为了演示方便，此处假定一个字典对象：1.通过‘键’获得‘值’与列表和元组类似，可以使用下表的方式来访问字典中的元素，但不同的是字典的下标是字典的‘键’，若指定的‘键’不存在则抛出异常。>>>p1['name']'zhangsan'>>>p1['sex']Traceback(mostrecentcalllast):File"<pyshell#11>",line1,in<module>p1['sex']KeyError:'sex'4.4.2字典元素的访问2.通过字典对象的get()方法获取指定‘键’对应的‘值’这是更加安全的字典元素访问方式，若指定键不存在，返回None；也可以设定指定键不存在时默认返回的对象，推荐使用>>>p1.get('name')'zhangsan'>>>p1.get('sex')>>>p1.get('sex','男')'男'4.4.2字典元素的访问3.列出字典中所有“键-值对”使用字典的items()方法可以返回字典的“键-值对”列表，例如：>>p1.items()dict_items([('name','zhangsan'),('age',18),('hobby','sing')])4.列出所有“键”和所有的“值”使用字典的keys()方法可以返回字典的“键”列表，使用字典的values()方法可以返回字典的所有“值”列表，例如：>>>p1.keys()dict_keys(['name','age','hobby'])>>>p1.values()dict_values(['zhangsan',18,'sing'])4.4.2字典元素的访问5.返回字典中“键-值对”的个数可以使用len()函数来获取字典中键值对的数量：>>>len(p1)36.检测一个指定的“键”是否在字典中可以使用`in`关键字来检查字典中是否存在某个键：>>>'name'inp1True>>>'sex'inp1False4.4.3字典元素的添加、修改和删除1.给字典新增键值对当以指定键为下标给字典元素赋值时，若该键存在，则表示修改该键的值；若不存在，则表示添加一个新的键值对到字典中。>>>p1['age']=20#修改键'age'的值>>>p1{'name':'zhangsan','age':20,'hobby':'sing'}>>>p1['sex']='男'#字典中不存在键'sex'，添加'sex'：'男'键值对>>>p1{'name':'zhangsan','age':20,'hobby':'sing','sex':'男'}4.4.3字典元素的添加、修改和删除2.使用字典对象的update()方法添加或者更新元素使用字典对象的update()方法可以将另一个字典的键值对一次性全部添加到当前字典对象中，如果两个字典中存在相同的键，则以另一个字典中的值为准对当前字典进行更新。>>>p1={'name':'zhangsan','age':18,'hobby':'sing'}>>>p2={'name':'lisi','school':'zzuli'}>>>