万能Python的秘诀：操纵数据的内置工具

本文转载自公众号“读芯术”(ID：AI_Discovery)。

Python可谓是如今最流行的编程语言，甚至孩子们也可以从它开始学习趣味编程。Python类似英语的简单语法使它成为一种通用语言，已在全世界各个领域被广泛使用。

Python的万能之处正在于其内置的数据结构，它使编码变得简单，不受数据类型限制，并可以根据需要操纵数据。

首先，让我们试着理解什么是数据结构?数据结构是能够存储、组织和管理数据的结构/容器，以便能够有效地访问和使用数据。数据结构就是收集数据类型。Python中有四种内置数据结构。它们是：

• 列表
• 字典
• 元组
• 集合

开发人员最常用的数据结构是列表和字典。接下来，让我们详细看看每一个数据结构。

1. 列表

Python列表是按顺序排列的任意类型的项的集合。一个列表可以有重复的项，因为每个项都是使用索引访问的，而且可以通过使用负索引逆向访问该列项。列表是可变的，这意味着即使在创建了项之后，也可以添加、删除或更改项;一个列表中还可以包含另一个列表。

(1) 创建列表：

列表可以通过将元素括在[ ]方括号中来创建，每个项之间用逗号分隔。以购物清单为例，创建列表的语法是：

#Creating a list fruits = ['Apple', 'Banana', "Orange"] 
print(type(fruits)) #returns type 
print(fruits) #prints the elements of the listOutput: 
    <class 'list'> 
    ['Apple', 'Banana', 'Orange'] 

(2) 访问列表：

可以使用索引访问列表中的项。列表中的每个项都有一个与之关联的索引，具体取决于该项在列表中的位置。访问列表中的项的语法：

#Access elements in the fruits listfruits = ['Apple', 'Banana',"Orange"] 
print(fruits[0]) #index 0 is the first element 
print(fruits[1]) 
print(fruits[2])Output: 
    Apple 
    Banana 
    Orange 

但是，索引不必总是为正。如果想逆向访问列表，也就是按照相反的顺序，可以使用负索引，如下所示：

#Access elements in the fruits list using negative indexesfruits = ['Apple','Banana', "Orange"] 
print(fruits[-1]) #index -1 is the last element 
print(fruits[-2]) 
print(fruits[-3])Output: 
    Orange 
    Banana 
    Apple 

如果必须返回列表中两个位置之间的元素，则使用切片。必须指定起始索引和结束索引来从列表中获取元素的范围。语法是List_name[起始：结束：步长]。在这里，步长是增量值，默认为1。

#Accessing range of elements using slicingfruits = ['Apple', 'Banana',"Orange"] 
 
fruits #all elements  
['Apple', 'Guava', 'Banana', 'Kiwi'] #output 
 
fruits[::1] #start to end with step 1 
['Apple', 'Guava', 'Banana', 'Kiwi'] #outputfruits[::2] #start to endwith step 2 basically index 0 & 2 
['Apple', 'Banana'] #output 
 
fruits[::3] #start to end with step 2 basically index 0 & 3 
['Apple', 'Kiwi'] #output 
 
fruits[::-1] #start to end with step 2 - reverse order 
['Kiwi', 'Banana', 'Guava', 'Apple'] #output 

(3) 向列表中添加元素：

可以使用append()、extend()和insert()函数向列表添加项。

#Adding elementsfruits = ['Apple', 'Banana', "Orange"]#Appendnew elements 
fruits.append('Kiwi') 
print(fruits) 
 
Output:  
    ['Apple', 'Banana', 'Orange', 'Kiwi']#Insertelements in to the listfruits.insert(1,'Guava') #inserts Guava as secondelement is the list since the index is specified as 1 
print(fruits) 
 
Output:  
    ['Apple', 'Guava', 'Banana','Orange', 'Kiwi']  

(4) 从列表中删除项：

与添加元素类似，从列表中删除元素也非常容易，可以使用del()、remove()和pop()方法实现。要清除整个列表，可以使用clear()函数。

• del()函数删除给定索引处的元素。
• pop()函数从列表中删除给定索引处的元素，也可以将删除的元素赋值给变量。如果未指定索引值，则删除列表中的最后一个元素。
• remove()函数根据元素的值来删除元素。
• clear()函数清空列表。

#Deleting elements from the listfruits = ['Apple', 'Guava', 'Banana','Orange', 'Kiwi'] 
 
#del() function 
del fruits[3] #delete element at index 4 
print(fruits) 
 
Output:  
    ['Apple', 'Guava', 'Banana', 'Kiwi']#pop()function 
del_fruit = fruits.pop(2) 
print(del_fruit) 
print(fruits) 
 
Output:  
    'Banana'   
    ['Apple', 'Guava', 'Orange', 'Kiwi'] 
 
#Remove function 
fruits.remove('Apple') 
print(fruits) 
 
Output:  
    ['Guava', 'Banana', 'Orange', 'Kiwi'] 
     
#Clear() function 
fruits.clear() 
print(fruits) 
 
Output :  
    [] # clears the list 

其他函数：

在处理列表时，还可以使用其他几个函数：

• len()函数返回列表的长度。
• index()函数查找第一次遇到的传入值的索引值。
• count()函数查找传递给它的值的个数。
• sorted()和sort()函数用于对列表的值进行排序。sorted()具有返回类型，而sort()修改原始列表。

#Other functions for listnum_list = [1, 2, 3, 10, 20, 10] 
print(len(num_list)) #find length of list 
print(num_list.index(10)) #find index of element that occurs first 
print(num_list.count(10)) #find count of the element 
print(sorted(num_list)) #print sorted list but not change original 
num_list.sort(reverse=True) #sort original list 
print(num_list)Output: 
6 
3 
2 
[1, 2, 3, 10, 10, 20] 
[20, 10, 10, 3, 2, 1] 

2. 字典

字典是另一种无序的数据结构，即元素的存储顺序与它们被插入的顺序不同。这是因为索引值不能访问字典中的元素。在字典中，数据以键值对的形式存储，元素值是通过键访问的。

图源：unsplash

(1) 创建字典：

字典由冒号分隔的{}大括号或使用dict()函数编写键和值被创建。

#Creating Dictionariesnew_dict = {} #empty dictionary 
print(new_dict) 
 
new_dict = {1: 'Python', 2: 'Java'} #dictionary with elements 
print(new_dict)Output: 
    {} 
    {1: 'Python', 2: 'Java'} 

(2) 改变并增加键值对：

要更改字典的值，将使用键来访问键，然后相应地更改值。要添加值，只需添加另一个键-值对，如下所示：

#Changing and Adding key, value pairslang_dict = {'First': 'Python','Second': 'Java'} 
print(lang_dict) 
 
lang_dict['Second'] = 'C++' #changing element 
print(lang_dict) 
 
lang_dict['Third'] = 'Ruby' #adding key-value pair 
print(lang_dict)Output: 
    {'First': 'Python', 'Second': 'Java'} 
    {'First': 'Python', 'Second': 'C++'} 
    {'First': 'Python', 'Second': 'C++','Third': 'Ruby'} 

(3) 访问字典中的元素：

字典中的元素只能使用键访问，可以使用get()函数或只是通过键来获取值。

#Accessing Elementslang_dict = {'First': 'Python', 'Second': 'Java'} 
print(lang_dict['First']) #access elements using keys 
print(lang_dict.get('Second'))Output: 
    Python 
    Java 

(4) 删除字典中的键值对：

这些是字典中用于删除元素的函数。

• pop()-删除值并返回已删除的值
• popitem()-获取键值对并返回键和值的元组
• clear()-清除整个字典

#Deleting key, value pairs in a dictionarylang_dict = {'First': 'Python','Second': 'Java', 'Third': 'Ruby'} 
a = lang_dict.pop('Third') #pop element 
print('Value:', a) 
print('Dictionary:', lang_dict) 
 
b = lang_dict.popitem() #pop the key-value pair 
print('Key, value pair:', b) 
print('Dictionary', lang_dict) 
 
lang_dict.clear() #empty dictionary 
print(lang_dict)Output: 
    Value: Ruby #pop element 
    Dictionary: {'First': 'Python','Second': 'Java'} 
    Key, value pair: ('Second', 'Java') #popthe key-value pair 
    Dictionary {'First': 'Python'} 
    {} #empty dictionary 

(5) 其他函数：

这是其他一些可以与字典一起使用的函数，用于获取键值和键-值对等。

#Other functions for dictionarylang_dict = {'First': 'Python','Second': 'Java', 'Third': 'Ruby'} 
print(lang_dict.keys()) #get keys 
print(lang_dict.values()) #get values 
print(lang_dict.items()) #get key-value pairs 
print(lang_dict.get('First'))Output: 
    dict_keys(['First', 'Second','Third']) 
    dict_values(['Python', 'Java','Ruby']) 
    dict_items([('First', 'Python'),('Second', 'Java'), ('Third', 'Ruby')]) 
    Python 

3. 元组

图源：unsplash

元组与列表基本相同，不同的是，一旦数据进入元组，无论如何都不能更改。因此，一旦生成元组，就不能添加、删除或编辑任何值。

(1) 创建元组：

使用()圆括号或tuple()函数创建元组。

#Creating Tuplesmy_tuple = (1, 2, 3) #create tupleprint(my_tuple)Output:    (1, 2, 3)#Creating Tuplesmy_tuple = (1, 2, 3) #create tuple 
print(my_tuple)Output: 
    (1, 2, 3) 

(2) 访问元组中的元素：

访问元组元素与列表类似。

#access elementsmy_tuple2 = (1, 2, 3,'new') for x in my_tuple2:  
    print(x) # prints all the elementsin my_tuple2print(my_tuple2) 
print(my_tuple2[0]) #1st element 
print(my_tuple2[:]) #all elements 
print(my_tuple2[3][1]) #this returns the 2nd character of the element atindex 3  
print(my_tuple2[-1]) #last elementOutput: 
    1 
    2 
    3 
    new 
    (1, 2, 3, 'new') 
    1 
    (1, 2, 3, 'new') 
    e 
    new 

(3) 在另一元组中追加元素：

要追加值，可以使用'+'操作符。

#Appending elementsmy_tuple = (1, 2, 3) 
my_tuplemy_tuple = my_tuple + (4, 5, 6) #add elements 
print(my_tuple)Output: 
    (1, 2, 3, 4, 5, 6) 

(4) 元组赋值：

元组打包和解包操作很有用，执行这些操作可以在一行中将另一个元组的元素赋值给当前元组。元组打包就是通过添加单个值来创建元组，元组拆包则是将元组中的值分配给变量。

#tuple packing 
planets = ('Earth','Mars','Jupiter') 
 
#tuple unpackinga,b,c = planets 
print(a) 
print(b) 
print(c)Output: 
    Earth 
    Mars 
    Jupiter 

4. 集合

图源：unsplash

集合是唯一的无序元素的集合。这意味着，即使数据重复一次以上，集合也只保留一次。

(1) 创建集合：

使用{ }花括号创建集合，并赋值。

#Creating setsnew_set = {1, 2, 3, 4, 4, 4, 5} #create set 
print(new_set)Output: 
    {1, 2, 3, 4, 5} 

(2) 向集合中添加元素：

使用add()函数赋值并添加元素。

#Adding elements to a Setnew_set = {1, 2, 3} 
new_set.add(4) #add element to set 
print(new_set)Output: 
    {1, 2, 3, 4} 

(3) 集合操作：

可以对一个集合执行的不同操作如下所示。

• union()函数合并了两个集合中的数据。
• intersection()函数只查找在这两个集合中同时出现的数据。
• difference()函数删除两个集合中同时存在的数据，并只输出在传递的集合中存在的数据。
• symmetric_difference()函数执行与difference()函数相同的操作，但是输出在两个集合中保留的数据。
• clear()函数清空该集合。

#Operations on set 
my_set = {1, 2, 3, 4} 
my_set_2 = {3, 4, 5, 6} 
 
print(my_set.union(my_set_2)) 
print(my_set.intersection(my_set_2)) 
print(my_set.difference(my_set_2)) 
print(my_set.symmetric_difference(my_set_2)) 
 
my_set.clear() 
print(my_set)Output: 
    {1, 2, 3, 4, 5, 6} 
    {3, 4} 
    {1, 2} 
    {1, 2, 5, 6} 
    set()