Python 基础：集合与字典核心用法详解

删除数据

• remove(key)：删除指定元素，若元素不存在则抛出 KeyError。
• discard(key)：删除指定元素，若元素不存在则静默忽略，不报错。
• pop()：随机删除并返回集合中的一个元素（由于无序性，无法预测具体是哪个）。
• clear()：清空集合。

s1 = {10, 20}
s1.remove(10)
# s1.remove(10)  # 报错：KeyError

s1.discard(10)   # 安全删除
s1.pop()         # 随机删除一个
s1.clear()       # 清空所有

查找数据

使用 in 和 not in 运算符判断元素是否存在于集合中。集合的查找效率很高，平均时间复杂度为 O(1)。

s1 = {10, 20, 30}
print(10 in s1)    # True
print(5 not in s1) # True

集合运算（进阶）

集合支持数学上的集合运算，包括交集、并集、差集和对称差集。

a = {1, 2, 3, 4}
b = {3, 4, 5, 6}

# 并集 (|)
print(a | b)  # {1, 2, 3, 4, 5, 6}

# 交集 (&)
print(a & b)  # {3, 4}

# 差集 (-)
print(a - b)  # {1, 2}

# 对称差集 (^)
print(a ^ b)  # {1, 2, 5, 6} (不在交集中的元素)

二、字典（Dictionary）

1. 字典的应用场景

字典用于存储键值对（Key-Value Pair）。它非常适合用于快速查找、映射关系存储、配置管理或记录对象属性。

例如，存储学生信息：

• 姓名：张三，年龄：22，性别：男
• 姓名：李四，年龄：21，性别：男

通过姓名（Key）可以快速找到对应的年龄和性别（Value）。

2. 创建字典

字典使用大括号 {} 包裹，内部由多个键值对组成，键值对之间用逗号分隔。

# 有数据的字典
dict1 = {'name': '张三', 'age': 20, 'gender': '男'}

# 空字典
dict2 = {}
dict3 = dict()

注意：冒号前面的称为键（Key），简称 k；冒号后面的称为值（Value），简称 v。键必须是不可变类型（如字符串、数字、元组），且唯一；值可以是任意类型。

3. 字典的常见操作

增加与修改数据

通过 dict[key] = value 的方式赋值。如果键已存在，则更新值；如果键不存在，则新增键值对。

dict1 = {'name': '张三', 'age': 20}
dict1['name'] = '李四'  # 修改
print(dict1)            # {'name': '李四', 'age': 20}

dict1['id'] = 110       # 新增
print(dict1)            # {'name': '李四', 'age': 20, 'id': 110}

删除数据

• del：删除整个字典或删除指定键值对。
• pop(key)：删除指定键并返回其值，若键不存在可指定默认返回值。
• popitem()：随机删除并返回最后一个插入的键值对（Python 3.7+ 按插入顺序）。
• clear()：清空字典。

dict1 = {'name': '张三', 'age': 20}
del dict1['age']        # 删除键值对
# del dict1             # 删除整个字典变量

dict1.clear()           # 清空内容

查找数据

• 直接访问：dict[key]，若键不存在会报错。
• get() 方法：dict.get(key, default)，更安全，键不存在时返回默认值（None 或指定值）。
• keys(), values(), items()：分别获取所有的键、值或键值对视图。

dict1 = {'name': '张三', 'age': 20}
print(dict1['name'])    # 张三
# print(dict1['id'])    # 报错 KeyError

print(dict1.get('name'))      # 张三
print(dict1.get('id', 110))   # 110 (默认值)
print(dict1.get('id'))        # None

print(dict1.keys())   # dict_keys(['name', 'age'])
print(dict1.values()) # dict_values(['张三', 20])
print(dict1.items())  # dict_items([('name', '张三'), ('age', 20)])

4. 字典的循环遍历

使用 for 循环可以遍历字典的键、值或键值对。

dict1 = {'name': '张三', 'age': 20, 'gender': '男'}

# 遍历键
for key in dict1.keys():
    print(key)

# 遍历值
for value in dict1.values():
    print(value)

# 遍历键值对
for k, v in dict1.items():
    print(f'{k}: {v}')

5. 最佳实践与注意事项

1. 键的唯一性与不可变性：字典的键必须是不可变类型（hashable）。列表不能作为键，但元组可以作为键。
2. 性能优势：字典基于哈希表实现，查找、插入和删除的平均时间复杂度均为 O(1)，在处理大量数据时比列表更高效。
3. 版本差异：Python 3.7 及以后版本，字典保持插入顺序；Python 3.6 之前版本不保证顺序。
4. 内存占用：字典比列表占用更多内存，因为它需要维护哈希表和额外的空间以处理冲突。

三、总结

集合和字典是 Python 中处理数据的核心工具。集合擅长去重和集合运算，字典擅长快速映射和查找。掌握它们的特性与操作方法，能显著提升代码的效率和可读性。在实际开发中，应根据数据特性和业务需求选择合适的结构。