Python 入门：核心数据结构详解

1.2 内置函数与方法

• 内置函数：len() 返回长度，max()/min() 获取极值，list() 转换可迭代对象。

arr = [6, 4, 7]
tup = (1, 2)
print(len(arr))    # 3
print(max(arr))    # 7
print(min(arr))    # 4
print(list(tup))   # [1, 2]

• 常用方法：
  • append(obj)：末尾追加元素。
  • count(obj)：统计元素出现次数。
  • extend(seq)：合并另一个序列。
  • index(obj)：查找第一个匹配元素的索引。
  • insert(index, obj)：指定位置插入。
  • pop([index])：移除并返回元素，默认为最后一个。
  • remove(obj)：移除第一个匹配值的元素。
  • reverse()：原地反转列表。
  • sort(key=None, reverse=False)：原地排序。

lst = [6, 4, 7]
lst.append(6)
print(lst.count(6)) # 2
lst.extend([4, 7])
print(lst.index(4)) # 1
lst.insert(0, 5)
print(lst.pop(0))   # 5
lst.remove(7)
lst.reverse()
lst.sort()
print(lst)          # [4, 4, 6, 6, 7]

1.3 列表推导式

列表推导式提供了一种简洁的创建列表的方式，支持嵌套循环。

arr = [6, 4, 7]
even_list = [n for n in arr if n % 2 == 0]
print(even_list) # [6, 4]

# 多重循环生成笛卡尔积
signs = ['+', '-', 'x']
numbers = [6, 4, 7]
ascli = ['{s}{n}'.format(s=sign, n=number)
         for sign in signs for number in numbers]
print(ascli) 
# ['+6', '+4', '+7', '-6', '-4', '-7', 'x6', 'x4', 'x7']

二、元组（Tuple）

元组是不可变的序列，一旦创建无法修改其内容。适用于存储不应被更改的数据集合。

2.1 特性与操作

• 不可变性：不支持 append、del 等操作，但内部包含的可变对象（如列表）仍可修改。

tup = (1, [6, 4])
# tup[0] = 2 # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
tup[1].append(7)
print(tup) # (1, [6, 4, 7])

• 运算：支持拼接和重复。

tup1 = (6,) + (4, 7)
print(tup1) # (6, 4, 7)

tup2 = (6, 4, 7) * 3
print(tup2) # (6, 4, 7, 6, 4, 7, 6, 4, 7)

• 解包：支持将元组元素赋值给多个变量。

tup = (6, 4, 7)
a, b, _ = tup
print(a, b) # 6 4

# 扩展解包
first, *middle, last = tup
print(first) # 6
print(middle) # [4, 7]
print(last) # 7

• 具名元组：提供字段访问的便利性。

from collections import namedtuple
people = namedtuple('people', ['name', 'age'])
p = people('647', '26')
print(p.name) # 647

2.2 内置函数

• len(), max(), min(), tuple() 用法与列表类似。

tup = (6, 4, 7)
print(len(tup)) # 3
print(tuple([6, 4, 7])) # (6, 4, 7)

三、字典（Dictionary）

字典是键值对（Key-Value）的无序集合，通过 Key 快速访问 Value。

3.1 基本使用

• 创建与遍历：使用花括号 {} 创建，支持直接遍历 Key。

d = {'a': 6, 'b': 4, 'c': 7}
print(d['a'], d['b'], d['c']) # 6 4 7

for key in d:
    print(key, d[key])

3.2 常用方法

• clear()：清空字典。
• copy()：浅拷贝。
• get(key, default)：安全获取值，不存在返回默认值。
• items() / keys() / values()：返回视图对象。
• update(dict2)：更新字典。
• pop(key)：删除并返回对应值。
• setdefault(key, default)：若 key 不存在则设置默认值。

d = {'a': 6}
d.setdefault('b', 4) # 添加新键值对
print(d.get('c', 0)) # 0
print(d.items())     # dict_items([('a', 6), ('b', 4)])
d.update({'c': 7})
print(d.pop('a'))    # 6

注意：Python 3 中已废弃 has_key 方法，请使用 in 关键字判断键是否存在。

四、集合（Set）

集合是无序且不重复的元素集，常用于去重和数学集合运算。

s1 = {1, 2, 3}
s2 = {3, 4, 5}

print(s1 | s2)   # 并集 {1, 2, 3, 4, 5}
print(s1 & s2)   # 交集 {3}
print(s1 - s2)   # 差集 {1, 2}
print(s1 ^ s2)   # 对称差集 {1, 2, 4, 5}

s1.add(4)
s1.remove(2)

五、字符串（String）

字符串是不可变的字符序列，支持丰富的格式化操作。

s = "hello,world"
print(s[0:3:2])  # hl
print(s.upper()) # HELLO,WORLD
print(s.split(',')) # ['hello', 'world']

# f-string 格式化
name = "Alice"
age = 25
msg = f"{name} is {age} years old"
print(msg)

六、最佳实践总结

1. 可变性选择：需要频繁修改数据用列表，固定数据用元组。
2. 查找效率：字典基于哈希表，查找速度 O(1)，适合大量键值检索。
3. 内存管理：元组和字符串因不可变，常被优化存储；列表动态扩容可能消耗更多内存。
4. 深拷贝与浅拷贝：涉及嵌套对象时，注意 copy 模块中的 deepcopy 以避免引用共享问题。

掌握这些核心数据结构及其特性，是编写高效 Python 程序的基础。