第6章 組合數(shù)據(jù)類型《Python語言程序設(shè)計》教學(xué)課件

《Python語言程序設(shè)計》?精品課件合集Python語言程序設(shè)計第6章組合數(shù)據(jù)類型為了在計算機程序中表示現(xiàn)實世界中更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)，Python除了支持?jǐn)?shù)字和邏輯值等基本類型的數(shù)據(jù)以外，還支持使用元組（Tuple）、列表（List）、字典（Dictionary）和集合（Set）等組合數(shù)據(jù)類型。本章將介紹如何使用這些類型的對象來表示實際需求中的數(shù)據(jù)，并對這些組合數(shù)據(jù)類型的對象進行常見的操作處理。引言2/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.1序列Python中最常見的序列類型包括元組、列表和字符串，所謂序列指的是該類型的對象中包含的每一個元素都是依次存放，并可以通過序號訪問序列中對應(yīng)位置的元素。元組和列表之間的主要區(qū)別是元組不能像列表那樣在賦值后改變元素的內(nèi)容，即元組是不可變對象，列表是可變對象。序列類型4/82空元組由不包含任何內(nèi)容的一對圓括號表示。例如：需要特別注意的是：要編寫包含單個元素對象的元組，元素對象后面必須加一個逗號。例如：這樣做是因為若括號中只有一個元素對象而沒有逗號，則不表示元組。例如，在交互模式中輸入(12)，觀察結(jié)果可知(12)與12是完全等價的：

創(chuàng)建元組5/82如果希望創(chuàng)建一個包含多個元素對象的元組，可以使用圓括號將元素逐個包含起來，例如：上述程序的運行結(jié)果如下：創(chuàng)建包含多個元素的元組6/82使用內(nèi)置函數(shù)tuple()也可以創(chuàng)建元組對象，其語法格式為：tuple([iterable])其中，如果調(diào)用該函數(shù)時沒有指定參數(shù)，則返回一個空元組，若調(diào)用該函數(shù)時指定參數(shù)，那么該參數(shù)應(yīng)該是一個可迭代對象，函數(shù)將使用迭代后得到的結(jié)果作為元素創(chuàng)建元組，例如：結(jié)果為：使用內(nèi)置函數(shù)tuple()創(chuàng)建元組對象7/82需要創(chuàng)建列表對象時，使用方括號[]將用逗號分隔的元素包含起來即可，如果方括號內(nèi)不包含任何內(nèi)容，則創(chuàng)建了一個空列表，例如：運行結(jié)果如下：創(chuàng)建列表對象8/82使用內(nèi)置函數(shù)list()也可以創(chuàng)建列表對象，其語法格式為：list([iterable])其中，如果調(diào)用該函數(shù)時沒有指定參數(shù)，則返回一個空列表，若調(diào)用該函數(shù)時指定參數(shù)，那么該參數(shù)應(yīng)該是一個可迭代對象，函數(shù)將使用迭代后得到的結(jié)果作為元素創(chuàng)建列表對象，例如：結(jié)果為：使用內(nèi)置函數(shù)list()創(chuàng)建列表對象9/82可以使用元素的序號（也被稱為元素的索引值）訪問序列中的元素，特別注意，序列中的第一個元素的序號為0。同時，當(dāng)序號<0時，表示從序列的尾部開始進行計數(shù)，例如：訪問序列中的元素10/82由于元組和字符串是不可變對象類型，所以在程序中修改元組或者字符串對象中的元素會產(chǎn)生錯誤。與元組和字符串不同，列表是可變對象類型，所以在修改列表對象的元素時并不會引發(fā)上述錯誤，例如在交互模式中輸入以下語句及其運行結(jié)果如下：不可以修改元組和字符串中的元素11/82同時，由于元組和列表對象中的元素可以是任意類型的對象，這就意味著可以在一個元組或列表對象中包含其他元組或列表對象，這種操作被稱為序列的嵌套，例如：運行結(jié)果：序列對象的嵌套12/82訪問序列對象中的多個元素可以使用切片運算，具體方法是使用一個表示開始的序號值和一個表示結(jié)束的序號值，截取序列對象中的一段元素。特別注意，元素序號為結(jié)束值的對象不被包含在切片運算的結(jié)果中，例如：切片運算13/82由于列表是可變數(shù)據(jù)對象，所以通過對切片賦值，可以對列表中多個元素進行修改，例如：運行結(jié)果如下：切片賦值14/82Python中的序列可以支持關(guān)系運算，兩個序列對象進行比較的方法是將其中的元素從左至右依次進行比較，特別注意對于不同類型的序列對象，就算元素相同也不滿足相等的條件，例如：運行結(jié)果如下：序列的關(guān)系運算15/82同樣，也可以使用in運算符來完成有關(guān)序列對象包含關(guān)系的判定，特別注意對于元組和列表對象，in運算符左邊的對象是被當(dāng)做單一元素進行判斷的，這與字符串的判定方法稍有不同，例如：運行結(jié)果如下：序列對象包含關(guān)系的判定16/82使用is運算符可以判定兩個變量是否表示的是同一個序列對象，例如：運行結(jié)果如下：使用is運算符17/82和字符串一樣，通過使用算術(shù)運算符+和*，可以將多個序列對象組合，從而構(gòu)成新的序列對象，例如：運行結(jié)果如下：序列的連接和重復(fù)18/82元組對象中的元素是不允許修改的，所以不可以使用del刪除元組對象中的元素，但可以使用del語句將整個元組對象從內(nèi)存中刪去，在交互模式中使用del語句的例子：對序列使用del語句19/82由于字符串和元組同樣都是不可變對象，所以也無法刪除字符串中的字符，但是由于列表是可變數(shù)據(jù)對象，所以使用del語句可以刪除列表中的元素，例如：運行結(jié)果如下：對序列使用del語句20/82由之前的章節(jié)可知，序列對象包含的元素都是依次存放在序列中的，所以通過使用關(guān)鍵字for構(gòu)造迭代循環(huán)即可實現(xiàn)對序列中的元素進行遍歷，例如以下程序完成了對字符串“Hello”的字符遍歷：運行結(jié)果如下：序列對象的元素迭代21/82觀察程序的運行結(jié)果可知，Python默認(rèn)的迭代順序是從序列中的首個元素開始，依次向后訪問其中的元素。若程序中需要構(gòu)建一個反向迭代的循環(huán)，即從序列中的最后一個元素，依次向前訪問其中的元素，可以使用內(nèi)置函數(shù)reversed()，其語法格式為：reversed(seq)該函數(shù)的參數(shù)為一個序列對象，返回值是依據(jù)參數(shù)seq構(gòu)建的可迭代對象，其中元素的迭代順序與參數(shù)seq的元素迭代順序正好相反，例如以下程序完成了對字符串“Hello”的反向字符遍歷：反向迭代和內(nèi)置函數(shù)reversed()22/82Python中的序列擁有一系列有用的方法供程序員調(diào)用。其中，由于字符串和列表各自具有不同的特點，所以包含更多具有針對性的方法，接下來我們逐一介紹。（1）序列對象通用的方法，這些方法是字符串、元組和列表對象都擁有的方法，具體如下：序列的方法23/82（2）字符串對象特有的方法，這些方法是只有字符串對象才可以使用的方法，具體如下：字符串的特有方法24/82字符串的特有方法（續(xù)）25/82字符串的特有方法（續(xù)）26/82字符串的特有方法（續(xù)）27/82列表對象特有的方法，由于列表是可變數(shù)據(jù)類型，所以下列方法是只有列表對象才可以使用的，具體如下：列表的特有方法28/82列表的特有方法（續(xù)）29/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.2字典Python中的字典也是一種組合數(shù)據(jù)類型，與序列不同，字典對象中的元素并非按序存放，所以無法使用序號來訪問，取而代之的是使用關(guān)鍵字（Key）來訪問字典元素的元素值（Value），即字典對象中的每一個元素都是一對關(guān)鍵字（簡稱“鍵”）和元素值（簡稱“值”）的組合（簡稱“鍵值對”），這種鍵與值的一一對應(yīng)關(guān)系被稱為映射（Mapping）。字典是Python中唯一內(nèi)置的映射類型。字典31/82字典的每一個元素由一組鍵值對構(gòu)成，鍵和值之間通過冒號分割，元素之間使用逗號分割，將所有元素使用花括號包含起來就可以創(chuàng)建字典對象，一對不包含任何對象的花括號表示空字典，例如：運行結(jié)果如下：創(chuàng)建字典對象32/82使用內(nèi)置函數(shù)dict()也可以創(chuàng)建字典對象，其語法格式為：dict(**kwarg)或者：dict(mapping,**kwarg)或者：dict(iterable,**kwarg)使用上述第一種格式調(diào)用dict()函數(shù)創(chuàng)建字典對象時，將會以實際參數(shù)的參數(shù)名和參數(shù)值組成鍵值對作為字典的元素，例如：

使用內(nèi)置函數(shù)dict()創(chuàng)建字典33/82為了創(chuàng)建一組具有映射關(guān)系的對象，需要使用內(nèi)置函數(shù)zip()，該函數(shù)的功能是使用參數(shù)中指定的可迭代對象產(chǎn)生具有映射關(guān)系的對象組合，其語法格式為：zip(*iterables)其中，參數(shù)*iterables表示多個可迭代對象，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)zip()34/82使用dict()函數(shù)的第三種調(diào)用格式創(chuàng)建字典對象時，參數(shù)iterable是一個可迭代對象，該可迭代對象中的每一項本身必須是一個剛好包含兩個元素的可迭代對象。每一項中的第一個對象將成為新字典元素的鍵，第二個對象將成為該字典元素的值，例如：運行結(jié)果如下：使用內(nèi)置函數(shù)dict()創(chuàng)建字典35/82對于創(chuàng)建好的字典，可以使用元素的鍵訪問字典中的元素，字典的鍵幾乎可以是任何對象，但是其中不能包含可變類型的數(shù)據(jù)對象，例如：訪問字典中的元素36/82使用賦值語句可以修改字典元素的值或者向字典中添加新的元素，例如：程序的運行結(jié)果如下：訪問字典中的元素（續(xù)）37/82同時，由于字典元素的值也可以是任意類型的對象，這就意味著可以在字典對象中包含元組、列表或者另一個字典，例如：運行結(jié)果如下：組合數(shù)據(jù)對象的嵌套38/82與列表類似，使用del語句可以刪除字典中的元素或者直接將整個字典元素從內(nèi)存中移除，例如：使用del語句刪除字典或字典元素39/82由于字典中的元素在內(nèi)存中并非按序存放，所以字典對象并不支持大小比較。同時，只要兩個字典中的元素完全相同，兩者就是相等的，與定義字典時元素的順序完全無關(guān)，例如：字典的關(guān)系運算40/82Python中的字典對象也擁有一系列有用的方法，程序例6_28對這些方法進行了舉例，同時，為了方便讀者閱讀和分析語句功能，每條輸出語句下方的注釋中提示了該語句的運行結(jié)果。字典的方法41/82字典的方法（續(xù)）42/82上述方法中，需要特別注意的是，對字典對象進行迭代時，默認(rèn)情況下將返回方法keys()的返回值，即只返回所有元素的鍵。若要進行對所有字典元素（鍵值對）的迭代，則需要使用方法items()的返回值，例如：程序的運行結(jié)果如下：字典元素迭代43/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.3集合為了在程序中表示數(shù)學(xué)中的集合，Python支持在程序中使用集合類型的對象，集合是一個無序不重復(fù)元素集。值得注意的是，Python中的集合對象分為可變集合（set）和不可變集合（frozenset）兩種。在Python程序中，使用花括號將集合元素包含起來，就可以表示一個可變集合對象，例如：運行結(jié)果如下：創(chuàng)建集合對象45/82使用內(nèi)置函數(shù)set()和frozenset()可以分別創(chuàng)建可變集合對象和不可變集合對象，其語法格式為：set([iterable])和frozenset([iterable])其中，參數(shù)iterable代表的是一個可以迭代的對象。調(diào)用函數(shù)時，將對參數(shù)進行迭代以獲取對象，作為集合的元素創(chuàng)建新集合，例如（見下頁）：使用內(nèi)置函數(shù)創(chuàng)建集合對象46/82運行結(jié)果如下：使用內(nèi)置函數(shù)創(chuàng)建集合對象47/82與其他組合對象不同，對于創(chuàng)建好的集合，無法訪問其中的特定元素，只能對集合對象進行并、交、差等集合運算，程序例6_32中演示了常見的集合運算，為了方便讀者閱讀和分析語句功能，每條輸出語句下方的注釋中提示了該語句的運行結(jié)果。集合對象的運算48/82集合對象的運算（續(xù)）49/82程序例6_33中演示了可變集合對象set和不可變集合對象frozenset共有的方法的使用，為了方便讀者閱讀和分析語句功能，每條輸出語句下方的注釋中提示了該語句的運行結(jié)果。集合對象的通用方法50/82集合對象的通用方法（續(xù)）51/82特別地，由于可變集合對象set的元素允許修改，所以支持更多的方法，程序例6_34中演示了set類型的集合對象特有方法的使用，為了方便讀者閱讀和分析語句功能，每條輸出語句下方的注釋中提示了該語句的運行結(jié)果?？勺兗蠈ο蟮奶赜蟹椒?2/82上述程序中，集合對象的remove()方法和discard()方法都可以用于從集合對象中移除指定的元素，兩者的區(qū)別在于，當(dāng)集合中不存在指定的元素時，remove()方法會產(chǎn)生程序錯誤，而discard()方法則不會產(chǎn)生任何報錯信息?？勺兗蠈ο蟮奶赜蟹椒ǎɡm(xù)）53/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.4解包賦值為了將組合數(shù)據(jù)對象中的元素賦值給不同的變量，我們可以在賦值號的左邊用與元素數(shù)量相等的變量來關(guān)聯(lián)組合數(shù)據(jù)對象中的元素，這種賦值語句被稱作解包賦值，例如：請?zhí)貏e注意解包賦值中，賦值號左邊的變量總數(shù)一定要與賦值號右邊組合數(shù)據(jù)對象中元素的總數(shù)相等，否則會引起程序報錯，所以上述程序的運行結(jié)果中應(yīng)該包含運行語句a,b={1,2,3}后的程序錯誤信息。解包賦值55/82由于對字典對象進行迭代時，返回的是每一個字典元素的鍵，所以對字典對象進行解包賦值后，賦值號左邊的變量關(guān)聯(lián)的就是字典中各元素的鍵，例如：運行結(jié)果如下：字典對象的解包賦值56/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.5解包參數(shù)傳遞Python中，除了可以將組合數(shù)據(jù)對象中的元素賦值給不同的變量，還可以在函數(shù)調(diào)用中使用*運算符將序列中的元素或者使用**運算符將字典中的元素傳遞給函數(shù)的參數(shù)，這種傳遞參數(shù)的方式被稱作解包參數(shù)傳遞，例如：程序的運行結(jié)果如下：解包參數(shù)傳遞58/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.6組合數(shù)據(jù)對象的復(fù)制：淺拷貝與深拷貝組合數(shù)據(jù)類型的對象，都有一個名為copy()的方法，該方法的作用是將原對象進行復(fù)制，生成一個內(nèi)容一模一樣的新對象。同時在程序中對新對象的操作并不會影響到原來的對象內(nèi)容，例如：運行結(jié)果如下：組合數(shù)據(jù)對象的復(fù)制60/82產(chǎn)生上述效果的原因是對象的copy()方法將對象中的元素挨個在內(nèi)存中復(fù)制了一遍，那么如果對象中包含的同樣也是組合數(shù)據(jù)類型的對象，上述操作還同樣成立嗎？讀者可以輸入以下程序，進行驗證：程序運行結(jié)果如下：淺拷貝61/82觀察上述程序的運行效果可知，組合數(shù)據(jù)對象的copy()方法并沒有對其中包含的組合數(shù)據(jù)類型的元素進行更深層次的復(fù)制，所以我們稱這種拷貝方式為淺拷貝。為了能夠?qū)崿F(xiàn)更深層次的元素復(fù)制，需要以深拷貝的方式進行組合數(shù)據(jù)對象的復(fù)制，具體的方法是使用copy模塊的deepcopy函數(shù)，例如：程序運行結(jié)果如下：深拷貝62/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.7與組合數(shù)據(jù)有關(guān)的內(nèi)置函數(shù)all()函數(shù)的功能是判定組合數(shù)據(jù)對象中的元素的邏輯值是否都為真，它的語法格式如下所示。all(iterable)其中，如果參數(shù)iterable所有元素的邏輯值均為真值（或可迭代對象為空）則返回True，否則函數(shù)返回False，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)all()64/82any()函數(shù)的功能是判定組合數(shù)據(jù)對象中是否包含邏輯值為真的元素，它的語法格式如下所示。any(iterable)其中，如果參數(shù)iterable的任一元素的邏輯值為真則函數(shù)返回True，否則返回False，同時如果可迭代對象為空，函數(shù)返回False，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)any()65/82enumerate()函數(shù)的功能是從指定的參數(shù)中返回枚舉類型的對象，對枚舉類型的對象進行迭代，可以得到一個二元組：(迭代序號，枚舉值)。enumerate()函數(shù)的語法格式如下所示。enumerate(iterable,start=0)調(diào)用該函數(shù)時，將由參數(shù)iterable產(chǎn)生枚舉類型的對象，該對象每次迭代后返回一個二元組，其中包含一個計數(shù)值（從參數(shù)start開始，默認(rèn)情況下start為0）以及通過對參數(shù)iterable迭代獲得的值，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)enumerate()66/82enumerate()函數(shù)的功能是從指定的參數(shù)中返回枚舉類型的對象，對枚舉類型的對象進行迭代，可以得到一個二元組：(迭代序號，枚舉值)。enumerate()函數(shù)的語法格式如下所示。enumerate(iterable,start=0)調(diào)用該函數(shù)時，將由參數(shù)iterable產(chǎn)生枚舉類型的對象，該對象每次迭代后返回一個二元組，其中包含一個計數(shù)值（從參數(shù)start開始，默認(rèn)情況下start為0）以及通過對參數(shù)iterable迭代獲得的值，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)enumerate()67/82filter()函數(shù)的功能是將組合數(shù)據(jù)對象的元素按照條件進行篩選，把滿足條件的元素篩選出來組成新對象，它的語法格式如下所示。filter(function,iterable)其中，參數(shù)function為一個函數(shù)對象。當(dāng)函數(shù)filter()被調(diào)用時，將參數(shù)iterable中的元素依次作為函數(shù)function的實際參數(shù)進行函數(shù)調(diào)用，若調(diào)用后返回True，即表示該元素滿足篩選條件，將所有滿足篩選條件的元素組成新的對象作為filter()函數(shù)的返回值，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)filter()68/82len()函數(shù)的功能是返回組和數(shù)據(jù)對象中的元素數(shù)量，它的語法格式如下所示。len(s)該函數(shù)在調(diào)用時，將返回對象s中包含的元素數(shù)量，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)len()69/82map()函數(shù)的功能是使用指定的函數(shù)應(yīng)用在所有的組合數(shù)據(jù)對象元素上，它的語法格式如下所示。map(function,iterable,...)其中，參數(shù)function為一個函數(shù)對象。當(dāng)函數(shù)map()被調(diào)用時，將參數(shù)iterable中的元素依次作為函數(shù)function的實際參數(shù)進行函數(shù)調(diào)用，并將返回值組成新對象作為map()函數(shù)的返回值，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)map()70/82max()函數(shù)的功能是返回組合數(shù)據(jù)對象中的最大值對應(yīng)的元素，它的語法格式如下所示。max(iterable,*[,key,default])或者max(arg1,arg2,*args[,key])max()函數(shù)的第一種調(diào)用形式中，參數(shù)iterable表示包含待比較元素的對象，參數(shù)key用于指定進行比較時所使用的函數(shù)，參數(shù)default表示可迭代對象為空時返回的內(nèi)容，如果可迭代對象為空，并且沒有指定參數(shù)default的內(nèi)容，則會產(chǎn)生程序錯誤，例如（見下頁）：內(nèi)置函數(shù)max()71/82運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)max()（續(xù)）72/82max()函數(shù)的第二種調(diào)用形式中，參數(shù)arg1、arg2、*args是一系列待比較的對象，參數(shù)key用于指定進行比較時所使用的函數(shù)，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)max()（續(xù)）73/82min()函數(shù)的功能是返回組和數(shù)據(jù)對象中的最小值對應(yīng)的元素，它的語法格式如下所示。min(iterable,*[,key,default])或者min(arg1,arg2,*args[,key])min()函數(shù)的第一種調(diào)用形式中，參數(shù)iterable表示包含待比較元素的對象，參數(shù)key用于指定進行比較時所使用的函數(shù)，參數(shù)default表示可迭代對象為空時返回的內(nèi)容，如果可迭代對象為空，并且沒有指定參數(shù)default的內(nèi)容，則會產(chǎn)生程序錯誤。min()函數(shù)的第二種調(diào)用形式中，參數(shù)arg1、arg2、*args是一系列待比較的對象，參數(shù)key用于指定進行比較時所使用的函數(shù)，例如（見下頁）：內(nèi)置函數(shù)min()74/82運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)min()（續(xù)）75/82sorted()函數(shù)的功能是根據(jù)給定參數(shù)的元素內(nèi)容進行排序，并將排序后的結(jié)果組裝在一個列表對象中返回，它的語法格式如下所示。sorted(iterable,*,key=None,reverse=False)其中，根據(jù)參數(shù)iterable中的元素進行排序，該函數(shù)具有兩個可選參數(shù)，它們都必須指定為關(guān)鍵字參數(shù)。參數(shù)key用于指定進行比較時所使用的函數(shù)，默認(rèn)情況下以元素本身的大小進行排序。參數(shù)reverse為一個布爾值，如果設(shè)為True，則每個列表元素將按反向順序比較進行排序，例如（見下頁）：內(nèi)置函數(shù)sorted()76/82運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)sorted()（續(xù)）77/82對于字典類型的對象，默認(rèn)情況下將以按照每個元素的鍵的大小進行排序，如果希望排序時按照字典元素的值進行大小比較，可以將參數(shù)key設(shè)置為字典對象的get方法，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)sorted()（續(xù)）78/82sum()函數(shù)的功能是返回組合數(shù)據(jù)對象中的元素的和，它的語法格式如下所示。sum(iterable,/,start=0)該函數(shù)在調(diào)用時，對參數(shù)start和參數(shù)iterable中的元素求和并返回總計值，參數(shù)iterable的元素通常為數(shù)字，而參數(shù)start的值則不允許為字符串，例如：運行結(jié)果如下：內(nèi)置函數(shù)sum()79/82第6章組合數(shù)據(jù)類型6.8綜合案例：分解質(zhì)因子編寫程序完成