Python電子教案61組合數(shù)據(jù)類型

Python電子教案61組合數(shù)據(jù)類型Python電子教案61組合數(shù)據(jù)類型1組合數(shù)據(jù)類型概述組合數(shù)據(jù)類型概述2計(jì)算機(jī)不僅對(duì)單個(gè)變量表示的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，更通常情況，計(jì)算機(jī)需要對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理。一些例子包括：給定一組單詞{python,data,function,list,loop}，計(jì)算并輸出每個(gè)單詞的長(zhǎng)度；給定一個(gè)學(xué)院學(xué)生信息，統(tǒng)計(jì)一下男女生比例；一次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了很多組數(shù)據(jù)，對(duì)這些大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；序列類型計(jì)算機(jī)不僅對(duì)單個(gè)變量表示的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，更通常情況，計(jì)算機(jī)需3

以單詞統(tǒng)計(jì)問(wèn)題為例，在計(jì)算一個(gè)單詞長(zhǎng)度之前，程序需要使用一個(gè)變量表示這個(gè)單詞，對(duì)于一組單詞，需要很多個(gè)變量。有兩個(gè)解決方案：為每個(gè)單詞分配一個(gè)變量，從變量命名上加以區(qū)分，例如：a01、a02分別存儲(chǔ)第一個(gè)、第二個(gè)元素；或者，采用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)這組數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)元素采用索引加以區(qū)分，例如a表示這組元素，a[0]為該組第一個(gè)元素，a[1]為第二個(gè)元素。兩個(gè)方案哪個(gè)更好呢？顯然，第二個(gè)方案更好。假定單詞數(shù)量是500個(gè)而不是5個(gè)，使用第一種方法將是災(zāi)難。此外，對(duì)每個(gè)元素單獨(dú)定義變量，不利于循環(huán)操作。序列類型以單詞統(tǒng)計(jì)問(wèn)題為例，在計(jì)算一個(gè)單詞長(zhǎng)度之前，程序需要使用4組合數(shù)據(jù)類型能夠?qū)⒍鄠€(gè)同類型或不同類型的數(shù)據(jù)組織起來(lái)，通過(guò)單一的表示使數(shù)據(jù)操作更有序更容易。根據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，組合數(shù)據(jù)類型可以分為三類：序列類型、集合類型和映射類型。序列類型是一個(gè)元素向量，元素之間存在先后關(guān)系，通過(guò)序號(hào)訪問(wèn)，元素之間不排他。集合類型是一個(gè)元素集合，元素之間無(wú)序，相同元素在集合中唯一存在。映射類型是“鍵-值”數(shù)據(jù)項(xiàng)的組合，每個(gè)元素是一個(gè)鍵值對(duì)，表示為(key,value)。序列類型組合數(shù)據(jù)類型能夠?qū)⒍鄠€(gè)同類型或不同類型的數(shù)據(jù)組織起來(lái)，通過(guò)單5在Python中，每一類組合數(shù)據(jù)類型都對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)具體的數(shù)據(jù)類型，結(jié)合本書章節(jié)安排，組合數(shù)據(jù)類型的分類構(gòu)成如圖6.1所示，其中加粗字體表示Python支持的具體數(shù)據(jù)類型。序列類型在Python中，每一類組合數(shù)據(jù)類型都對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)具體的數(shù)6序列類型是一維元素向量，元素之間存在先后關(guān)系，通過(guò)序號(hào)訪問(wèn)。序列的基本思想和表示方法均來(lái)源于數(shù)學(xué)概念。在數(shù)學(xué)中，經(jīng)常給每個(gè)序列一個(gè)名字，例如，n個(gè)數(shù)的序列S，可以表示為：S=s0,s1,s2,….,sn-1當(dāng)需要訪問(wèn)序列中某個(gè)特定值時(shí)，只需要通過(guò)下標(biāo)標(biāo)出即可。例如，需要找到第2個(gè)元素，即可通過(guò)s2獲得。這種采用集合名字和下標(biāo)相結(jié)合的表示方法可以簡(jiǎn)潔地表示序列運(yùn)算，例如，對(duì)上述序列S求和可以表示為：序列類型序列類型是一維元素向量，元素之間存在先后關(guān)系，通過(guò)序號(hào)訪問(wèn)。7由于元素之間存在順序關(guān)系，所以序列中可以存在相同數(shù)值但位置不同的元素。序列類型支持成員關(guān)系操作符（in）、長(zhǎng)度計(jì)算函數(shù)（len()）、分片（[]），元素本身也可以是序列類型。序列類型由于元素之間存在順序關(guān)系，所以序列中可以存在相同數(shù)值但位置不8Python語(yǔ)言中有很多數(shù)據(jù)類型都是序列類型，其中比較重要的是：str（字符串）、tuple（元組）和list（列表）。字符串（str）可以看成是單一字符的有序組合，屬于序列類型。同時(shí)，由于字符串類型十分常用且單一字符串只表達(dá)一個(gè)含義，也被看作是基本數(shù)據(jù)類型。元組是包含0個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的不可變序列類型。元組生成后是固定的，其中任何數(shù)據(jù)項(xiàng)不能替換或刪除。列表則是一個(gè)可以修改數(shù)據(jù)項(xiàng)的序列類型，使用也最靈活序列類型Python語(yǔ)言中有很多數(shù)據(jù)類型都是序列類型，其中比較重要的9序列類型序列類型10序列類型有12個(gè)通用的操作符和函數(shù)序列類型操作符描述xins如果x是s的元素，返回True，否則返回Falsexnotins如果x不是s的元素，返回True，否則返回Falses+t連接s和ts*n或n*s將序列s復(fù)制n次s[i]索引，返回序列的第i個(gè)元素s[i:j]分片，返回包含序列s第i到j(luò)個(gè)元素的子序列（不包含第j個(gè)元素）s[i:j:k]步驟分片，返回包含序列s第i到j(luò)個(gè)元素以j為步數(shù)的子序列l(wèi)en(s)序列s的元素個(gè)數(shù)（長(zhǎng)度）min(s)序列s中的最小元素max(s)序列s中的最大元素s.index(x[,i[,j]])序列s中從i開始到j(luò)位置中第一次出現(xiàn)元素x的位置s.count(x)序列s中出現(xiàn)x的總次數(shù)序列類型有12個(gè)通用的操作符和函數(shù)序列類型操作符描述xin11元組（tuple）是序列類型中比較特殊的類型，因?yàn)樗坏﹦?chuàng)建就不能被修改。元組類型在表達(dá)固定數(shù)據(jù)項(xiàng)、函數(shù)多返回值、多變量同步賦值、循環(huán)遍歷等情況下十分有用。Python中元組采用逗號(hào)和圓括號(hào)（可選）來(lái)表示，例子如下。序列類型元組（tuple）是序列類型中比較特殊的類型，因?yàn)樗坏﹦?chuàng)建12生成元組只需要使用逗號(hào)將元素隔離開即可，例如上例中的元組creature，也可以增加圓括號(hào)，但圓括號(hào)在不混淆語(yǔ)義的情況下不是必須的。

一個(gè)元組可以作為另一個(gè)元組的元素，可以采用多級(jí)索引獲取信息，例如元組color中包含了元組creature，可以用color[-1][2]獲取對(duì)應(yīng)元素值。元組除了用于表達(dá)固定數(shù)據(jù)項(xiàng)外，還常用于如下3種情況：函數(shù)多返回值、多變量同步賦值、循環(huán)遍歷，例子如下序列類型生成元組只需要使用逗號(hào)將元素隔離開即可，例如上例中的元組cr13序列類型序列類型14集合類型與數(shù)學(xué)中集合的概念一致，即包含0個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的無(wú)序組合。集合中元素不可重復(fù)，元素類型只能是固定數(shù)據(jù)類型，例如：整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串、元組等，列表、字典和集合類型本身都是可變數(shù)據(jù)類型，不能作為集合的元素出現(xiàn)。Python編譯器中界定固定數(shù)據(jù)類型與否主要考察類型是否能夠進(jìn)行哈希運(yùn)算。能夠進(jìn)行哈希運(yùn)算的類型，都可以作為集合元素。Python提供了一種同名的具體數(shù)據(jù)類型——集合（set）。集合類型集合類型與數(shù)學(xué)中集合的概念一致，即包含0個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的無(wú)序15由于集合是無(wú)序組合，它沒(méi)有索引和位置的概念，不能分片，集合中元素可以動(dòng)態(tài)增加或刪除。集合用大括號(hào)（{}）表示，可以用賦值語(yǔ)句生成一個(gè)集合，例子如下。集合類型由于集合是無(wú)序組合，它沒(méi)有索引和位置的概念，不能分片，集合中16從上例可以看到，由于集合元素是無(wú)序的，集合的打印效果與定義順序可以不一致。由于集合元素獨(dú)一無(wú)二，使用集合類型能夠過(guò)濾掉重復(fù)元素。set(x)函數(shù)可以用于生成集合，輸入的參數(shù)可以是任何組合數(shù)據(jù)類型，返回結(jié)果是一個(gè)無(wú)重復(fù)且排序任意的集合，例子如下。集合類型從上例可以看到，由于集合元素是無(wú)序的，集合的打印效果與定義順17集合類型有10個(gè)操作符集合類型操作符描述S–T或S.difference(T)返回一個(gè)新集合，包括在集合S中但不在集合T中的元素S-=T或S.difference_update(T)更新集合S，包括在集合S中但不在集合T中的元素S&T或S.intersection(T)返回一個(gè)新集合，包括同時(shí)在集合S和T中的元素S&=T或S.intersection_update(T)更新集合S，包括同時(shí)在集合S和T中的元素。S^T或s.symmetric_difference(T)返回一個(gè)新集合，包括集合S和T中元素，但不包括同時(shí)在其中的元素S=^T或s.symmetric_difference_update(T)更新集合S，包括集合S和T中元素，但不包括同時(shí)在其中的元素集合類型有10個(gè)操作符集合類型操作符描述S–T或S18集合類型有10個(gè)操作符集合類型操作符描述S|T或S.union(T)返回一個(gè)新集合，包括集合S和T中所有元素S=|T或S.update(T)更新集合S，包括集合S和T中所有元素S<=T或S.issubset(T)如果S與T相同或S是T的子集，返回True，否則返回False，可以用S<T判斷S是否是T的真子集S>=T或S.issuperset(T)如果S與T相同或S是T的超集，返回True，否則返回False，可以用S>T判斷S是否是T的真超集集合類型有10個(gè)操作符集合類型操作符描述S|T或S.uni19上述操作符表達(dá)了集合類型的4種基本操作，交集（&）、并集（|）、差集（-）、補(bǔ)集（^），操作邏輯與數(shù)學(xué)定義相同，集合類型上述操作符表達(dá)了集合類型的4種基本操作，交集（&）、并集（|20集合類型有10個(gè)操作函數(shù)或方法集合類型函數(shù)或方法描述S.add(x)如果數(shù)據(jù)項(xiàng)x不在集合S中，將x增加到sS.clear()移除S中所有數(shù)據(jù)項(xiàng)S.copy()返回集合S的一個(gè)拷貝S.pop()隨機(jī)返回集合S中的一個(gè)元素，如果S為空，產(chǎn)生KeyError異常S.discard(x)如果x在集合S中，移除該元素；如果x不在，不報(bào)錯(cuò)集合類型有10個(gè)操作函數(shù)或方法集合類型函數(shù)或方法描述S.a21集合類型有10個(gè)操作函數(shù)或方法集合類型函數(shù)或方法描述S.remove(x)如果x在集合S中，移除該元素；不在產(chǎn)生KeyError異常S.isdisjoint(T)如果集合S與T沒(méi)有相同元素，返回Truelen(S)返回集合S元素個(gè)數(shù)xinS如果x是S的元素，返回True，否則返回FalsexnotinS如果x不是S的元素，返回True，否則返回False集合類型有10個(gè)操作函數(shù)或方法集合類型函數(shù)或方法描述S.r22集合類型主要用于三個(gè)場(chǎng)景：成員關(guān)系測(cè)試、元素去重和刪除數(shù)據(jù)項(xiàng)，例子如下。集合類型與其他類型最大的不同在于它不包含重復(fù)元素，因此，當(dāng)需要對(duì)一維數(shù)據(jù)進(jìn)行去重或進(jìn)行數(shù)據(jù)重復(fù)處理時(shí)，一般通過(guò)集合來(lái)完成。集合類型集合類型主要用于三個(gè)場(chǎng)景：成員關(guān)系測(cè)試、元素去重和刪除數(shù)據(jù)項(xiàng)23映射類型是“鍵-值”數(shù)據(jù)項(xiàng)的組合，每個(gè)元素是一個(gè)鍵值對(duì)，即元素是(key,value)，元素之間是無(wú)序的。鍵值對(duì)(key,value)是一種二元關(guān)系，源于屬性和值的映射關(guān)系，鍵（key）表示一個(gè)屬性，也可以理解為一個(gè)類別或項(xiàng)目，值（value）是屬性的內(nèi)容，鍵值對(duì)刻畫了一個(gè)屬性和它的值。鍵值對(duì)將映射關(guān)系結(jié)構(gòu)化，用于存儲(chǔ)和表達(dá)。在Python中，映射類型主要以字典（dict）體現(xiàn)映射類型映射類型24映射類型映射類型25列表類型和操作列表類型和操作26列表（list）是包含0個(gè)或多個(gè)對(duì)象引用的有序序列，屬于序列類型。與元組不同，列表的長(zhǎng)度和內(nèi)容都是可變的，可自由對(duì)列表中數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行增加、刪除或替換。列表沒(méi)有長(zhǎng)度限制，元素類型可以不同，使用非常靈活。由于列表屬于序列類型，所以列表也支持成員關(guān)系操作符（in）、長(zhǎng)度計(jì)算函數(shù)（len()）、分片（[]）。列表可以同時(shí)使用正向遞增序號(hào)和反向遞減序號(hào)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的比較操作符（<、<=、==、!=、>=、>）進(jìn)行比較，列表的比較實(shí)際上是單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的逐個(gè)比較。列表類型的概念列表（list）是包含0個(gè)或多個(gè)對(duì)象引用的有序序列，屬于序列27列表用中括號(hào)（[]）表示，也可以通過(guò)list()函數(shù)將元組或字符串轉(zhuǎn)化成列表。直接使用list()函數(shù)會(huì)返回一個(gè)空列表，例子如下。列表類型的概念列表用中括號(hào)（[]）表示，也可以通過(guò)list()函數(shù)將元組或28與整數(shù)和字符串不同，列表要處理一組數(shù)據(jù)，因此，列表必須通過(guò)顯式的數(shù)據(jù)賦值才能生成，簡(jiǎn)單將一個(gè)列表賦值給另一個(gè)列表不會(huì)生成新的列表對(duì)象，例子如下。列表類型的概念與整數(shù)和字符串不同，列表要處理一組數(shù)據(jù)，因此，列表必須通過(guò)顯29如上例所示，ls由實(shí)際數(shù)據(jù)賦值產(chǎn)生，為列表對(duì)象。將ls賦值給列表lt僅能產(chǎn)生對(duì)列表ls的一個(gè)新的引用，此時(shí)，lt和ls變量都是實(shí)際數(shù)據(jù)[425,"BIT",1024]的表示或引用，真實(shí)數(shù)據(jù)只存儲(chǔ)一份，因此，修改ls也同時(shí)修改了ls，這個(gè)關(guān)系如圖6.5所示。列表類型的概念如上例所示，ls由實(shí)際數(shù)據(jù)賦值產(chǎn)生，為列表對(duì)象。將ls賦值給30函數(shù)或方法描述ls[i]=x替換列表ls第i數(shù)據(jù)項(xiàng)為xls[i:j]=lt用列表lt替換列表ls中第i到j(luò)項(xiàng)數(shù)據(jù)（不含第j項(xiàng)，下同）ls[i:j:k]=lt用列表lt替換列表ls中第i到j(luò)以k為步的數(shù)據(jù)dells[i:j]刪除列表ls第i到j(luò)項(xiàng)數(shù)據(jù)，等價(jià)于ls[i:j]=[]dells[i:j:k]刪除列表ls第i到j(luò)以k為步的數(shù)據(jù)列表是序列類型，因此，表6.1中12個(gè)序列類型的操作符和函數(shù)都可用于列表類型。由于列表是可變的，表6.4給出了列表類型額外的14個(gè)常用函數(shù)或方法。列表類型的操作函數(shù)或方法描述ls[i]=x替換列表ls第i數(shù)據(jù)項(xiàng)為xl31函數(shù)或方法描述ls+=lt或ls.extend(lt)將列表lt元素增加到列表ls中l(wèi)s*=n更新列表ls，其元素重復(fù)n次ls.append(x)在列表ls最后增加一個(gè)元素xls.clear()刪除ls中所有元素ls.copy()生成一個(gè)新列表，復(fù)制ls中所有元素ls.insert(i,x)在列表ls第i位置增加元素xls.pop(i)將列表ls中第i項(xiàng)元素取出并刪除該元素ls.remove(x)將列表中出現(xiàn)的第一個(gè)元素x刪除ls.reverse(x)列表ls中元素反轉(zhuǎn)列表類型的操作函數(shù)或方法描述ls+=lt或ls.extend(lt)將32上述操作符主要處理列表的增刪改等功能列表類型的操作上述操作符主要處理列表的增刪改等功能列表類型的操作33上述例子中，vlist[3]從整數(shù)變成了字符串，子序列vlist[1:3]被另一個(gè)列表賦值修改。需要注意，當(dāng)使用一個(gè)列表改變另一個(gè)列表值時(shí)，Python不要求兩個(gè)列表長(zhǎng)度一樣，但遵循“多增少減”的原則，例子如下。列表類型的操作上述例子中，vlist[3]從整數(shù)變成了字符串，子序列vli34

vlist[1:3]子序列包含2個(gè)元素，對(duì)其賦值時(shí)卻給了3個(gè)元素，Python接受這種方式，并不會(huì)報(bào)錯(cuò)，vlist結(jié)果包含了賦值列表中的多余元素。同樣，當(dāng)使用包含更少元素賦值列表時(shí)，原列表元素會(huì)相應(yīng)減少?？梢酝ㄟ^(guò)賦給更多或更少元素實(shí)現(xiàn)對(duì)列表元素的插入或刪除。與元組一樣，列表可以通過(guò)for…in語(yǔ)句對(duì)其元素進(jìn)行遍歷，基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu)如下for <任意變量名>in<列表名>:語(yǔ)句塊

列表類型的操作vlist[1:3]子序列包含2個(gè)元素，對(duì)其賦值時(shí)卻給了335列表是一個(gè)十分靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它具有處理任意長(zhǎng)度、混合類型的能力，并提供了豐富的基礎(chǔ)操作符和方法。當(dāng)程序需要使用組合數(shù)據(jù)類型管理批量數(shù)據(jù)時(shí)，請(qǐng)盡量使用列表類型。列表類型的操作列表是一個(gè)十分靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它具有處理任意長(zhǎng)度、混合類型的36基本統(tǒng)計(jì)值計(jì)算基本統(tǒng)計(jì)值計(jì)算37統(tǒng)計(jì)是計(jì)算科學(xué)、管理學(xué)、社會(huì)學(xué)、數(shù)學(xué)等諸多領(lǐng)域的基本問(wèn)題，相關(guān)問(wèn)題、方法和技術(shù)組成了一門學(xué)科，即“統(tǒng)計(jì)學(xué)”。Python的列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠支持基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用。本節(jié)以最簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)問(wèn)題為例，求解一組不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)值，即平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)。一組數(shù)據(jù)表示為S=s0,s1,…,sn-1，其算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差分別表示為：和基本統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算統(tǒng)計(jì)是計(jì)算科學(xué)、管理學(xué)、社會(huì)學(xué)、數(shù)學(xué)等諸多領(lǐng)域的基本問(wèn)題，相38中位數(shù)指S中所有數(shù)按照從小到大（或者從大到?。╉樞蚺帕泻螅幱谧钪虚g位置的數(shù)據(jù)值。如果n是奇數(shù)，則序列S的最中間位置是一個(gè)數(shù)據(jù)，可以表示為sn//2；如果n是偶數(shù)，序列S不存在一個(gè)最中間位置，則中位數(shù)表示為最中間兩個(gè)位置數(shù)據(jù)的平均值，即(sn//2-1+sn//2)/2。例如：（5,2,1,3,4）的中位數(shù)是3，而（4,2,1,3）的中位數(shù)是(2+3)/2為2.5。這個(gè)問(wèn)題的IPO描述如下：

輸入：從用戶輸入、文件、網(wǎng)絡(luò)等途徑獲取一組數(shù)據(jù)；處理：適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法輸出：平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和中位數(shù)基本統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算中位數(shù)指S中所有數(shù)按照從小到大（或者從大到?。╉樞蚺帕泻?，處39由于平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和中位數(shù)是三個(gè)不同的計(jì)算目標(biāo)，使用函數(shù)方式編寫計(jì)算程序。定義getNum()函數(shù)從用戶輸入獲得數(shù)據(jù)，mean()函數(shù)計(jì)算平均值，dev()函數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，median()函數(shù)計(jì)算中位數(shù)。由于該問(wèn)題不限制用戶輸入數(shù)據(jù)的最大個(gè)數(shù)，所以，使用列表作為承載和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型。實(shí)例代碼9.1的全部代碼如下?；窘y(tǒng)計(jì)值的計(jì)算由于平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和中位數(shù)是三個(gè)不同的計(jì)算目標(biāo)，使用函數(shù)方式40基本統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算基本統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算41基本統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算基本統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算42>>>

請(qǐng)輸入數(shù)字(直接輸入回車退出):99請(qǐng)輸入數(shù)字(直接輸入回車退出):98請(qǐng)輸入數(shù)字(直接輸入回車退出):97請(qǐng)輸入數(shù)字(直接輸入回車退出):96請(qǐng)輸入數(shù)字(直接輸入回車退出):95請(qǐng)輸入數(shù)字(直接輸入回車退出):平均值:97.0,方差:1.6,中位數(shù):97.該程序運(yùn)行結(jié)果如