Python 中的四大数据类型包括列表、字典、集合和元组。列表是有序可变集合，支持索引访问和切片；字典是无序键值对映射，通过键访问数据；集合是无序唯一元素集合，支持数学运算；元组是有序不可变序列。掌握这些数据结构对于提升编程效率至关重要，它们各自在定义语法、可变性、索引方式及查找效率上存在显著差异。列表适合频繁增删改，字典适合快速查找，集合适合去重，元组适合存储常量。
Python 是一门简洁、易读且功能强大的编程语言，其内置的数据结构是编写高效代码的基础。其中字典（Dictionary）、列表（List）、集合（Set）和元组（Tuple）是最常用的四种数据结构，它们各有特点和用途。掌握它们的区别与适用场景对提升编程效率至关重要。
列表是 Python 中最基础的数据结构之一，它是一个有序的元素集合。你可以将它想象成一个容器，里面可以放置各种数据类型的元素，而且可以随时添加或删除元素。
创建一个列表非常简单，只需要将元素放在方括号 [] 中，并用逗号 , 分隔即可。
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"] # 创建一个水果列表
print(fruits)
你可以通过索引来访问列表中的元素，索引是从 0 开始的。负数索引表示从末尾开始计数。
print(fruits[0]) # 输出"苹果"
print(fruits[-1]) # 输出最后一个元素"橙子"
列表是可变的（Mutable），你可以修改其元素的值。
fruits[0] = "葡萄" # 将"苹果"改为"葡萄"
print(fruits)
你可以使用多种方法管理列表内容：
append(): 在列表末尾添加元素。insert(): 在指定位置插入元素。remove(): 删除指定值的第一个匹配项。pop(): 删除并返回指定位置的元素（默认为最后一个）。clear(): 清空列表。fruits.append("樱桃") # 在列表末尾添加"樱桃"
fruits.insert(1, "草莓") # 在索引 1 的位置插入"草莓"
fruits.remove("香蕉") # 删除"香蕉"
removed_item = fruits.pop(2) # 删除索引 2 的元素并返回该元素
print(fruits)
print(removed_item)
你可以使用切片来获取列表的一部分，切片的语法是 start:stop:step，其中 start 是切片开始的位置，stop 是切片结束的位置（不包括），step 是步长。
numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(numbers[1:8:2]) # 获取从索引 1 到索引 7（不包括）的元素，步长为 2
print(numbers[::-1]) # 反转列表
列表推导式是一种简洁的创建列表的方法，常用于数据转换或过滤。
squares = [x ** 2 for x in range(10)] # 创建一个包含 0 到 9 的平方的列表
print(squares)
# 带条件的推导式
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(evens)
字典是一种无序的键值对集合（Python 3.7+ 保持插入顺序），每个键都映射到一个值。键必须是不可变的类型（如字符串、数字或元组），而值可以是任意对象。
创建字典的语法是 {key1: value1, key2: value2, ...}。
person = {"name": "张三", "age": 30, "city": "北京"}
print(person)
你可以使用方括号 [] 和键来访问字典中的值。如果键不存在，会抛出 KeyError，建议使用 get() 方法避免报错。
print(person["name"]) # 输出"张三"
print(person.get("gender")) # 输出 None，不会报错
你可以通过赋值的方式来修改或添加字典元素。
person["age"] = 31 # 修改年龄为 31
person["gender"] = "男" # 添加性别信息
print(person)
你可以使用 del 语句或 pop() 方法来删除字典元素。
del person["city"] # 删除城市信息
removed_age = person.pop("age") # 删除年龄信息并返回该值
print(person)
和列表推导式类似，字典也支持推导式，常用于数据转换。
squares = {x: x ** 2 for x in range(10)} # 创建一个键为 0 到 9，值为键的平方的字典
print(squares)
keys(), values(), items(): 获取键、值或键值对视图。update(): 合并另一个字典。for key, value in person.items():
print(f"{key}: {value}")
集合是一个无序且不重复的元素集合，类似于数学中的集合概念。它主要用于去重和集合运算。
创建集合的语法是 {element1, element2, ...}，或者使用 set() 函数。
fruits = {"苹果", "香蕉", "橙子"} # 创建一个水果集合
print(fruits)
numbers = set([0, 1, 2, 3, 4, 5]) # 使用列表创建一个数字集合
print(numbers)
你可以使用 add() 方法添加元素，使用 remove() 或 discard() 方法删除元素。
fruits.add("葡萄") # 添加"葡萄"
fruits.remove("香蕉") # 删除"香蕉"，若不存在则报错
fruits.discard("西瓜") # 删除"西瓜"，若不存在不报错
print(fruits)
集合支持常见的数学集合运算，如并集、交集、差集等。
a = {1, 2, 3, 4}
b = {3, 4, 5, 6}
print(a | b) # 并集：{1, 2, 3, 4, 5, 6}
print(a & b) # 交集：{3, 4}
print(a - b) # 差集：{1, 2}
print(a ^ b) # 对称差集：{1, 2, 5, 6}
list(set(my_list))元组是一个不可变的有序元素集合，一旦创建就不能修改。它比列表更轻量，且可哈希，常用作字典的键。
创建元组的语法是 (element1, element2, ...)，如果元组只有一个元素，后面必须加逗号 ,。
t = (1, 2, 3) # 创建一个包含 1, 2, 3 的元组
print(t)
single = (1,) # 创建一个只包含 1 的元组
print(single)
empty = () # 空元组
你可以使用索引来访问元组中的元素，但不能修改。
print(t[0]) # 输出 1
# t[0] = 10 # 报错：TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
元组支持加法和乘法运算，用于连接或重复。
t1 = (1, 2, 3)
t2 = (4, 5, 6)
print(t1 + t2) # 连接两个元组：(1, 2, 3, 4, 5, 6)
print(t1 * 3) # 重复三次：(1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3)
coords = (10, [20, 30])
print(coords[1][0]) # 20
coords[1].append(40) # 合法，修改了内部列表
print(coords) # (10, [20, 30, 40])
| 特性 | 字典 (Dictionary) | 列表 (List) | 集合 (Set) | 元组 (Tuple) |
|---|---|---|---|---|
| 定义 | 由键值对组成 | 有序的元素集合 | 无序的唯一元素集合 | 有序的元素集合 |
| 语法 | {键 1: 值 1, ...} | [元素 1, ...] | {元素 1, ...} | (元素 1, ...) |
| 可变性 | 可变 | 可变 | 可变 | 不可变 |
| 索引方式 | 通过键访问 | 通过位置索引 | 不能通过索引 | 通过位置索引 |
| 重复元素 | 键唯一，值可重复 | 允许 | 不允许 | 允许 |
| 排序 | 3.7+ 按插入顺序 | 保持插入顺序 | 无序 | 保持插入顺序 |
| 查找效率 | 高 (哈希表) | 低 (遍历) | 高 (哈希表) | 低 (遍历) |
| 可哈希性 | 键必须可哈希 | 不可哈希 | 元素必须可哈希 | 可哈希 |
| 典型用途 | 配置、映射 | 序列、队列 | 去重、集合运算 | 常量、记录、键 |
这四种数据结构是 Python 编程中最基础也是最常用的组件。
在实际开发中，根据数据特性和操作需求选择合适的结构，能显著提升程序的性能和可读性。建议多在实际项目中练习，体会不同数据结构带来的行为差异。
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