【Python基础】Python中字典知识点梳理
Python中字典知识点梳理
前言
字典（Dictionary）是Python中最重要的数据结构之一，它以键值对（key-value）的形式存储数据，具有高效的查找、插入和删除操作。本文将全面梳理Python字典的核心知识点，帮助大家深入理解和熟练运用字典。
1. 字典基础概念
1.1 什么是字典
字典是一种可变的、无序的（Python 3.7+保持插入顺序）数据类型，使用花括号 {} 表示，内部存储键值对。
# 创建字典的几种方式
dict1 = {'name': '张三', 'age': 25, 'city': '北京'}
dict2 = dict(name='李四', age=30, city='上海')
dict3 = dict([('name', '王五'), ('age', 35)])
dict4 = {} # 空字典
1.2 字典的特点
- 键唯一性：每个键在字典中只能出现一次
- 键不可变：键必须是不可变类型（字符串、数字、元组等）
- 值可变：值可以是任意数据类型
- 无序性：Python 3.7之前字典无序，3.7+保持插入顺序
2. 字典的基本操作
2.1 访问元素
student = {'name': '小明', 'age': 20, 'grade': 85}# 通过键访问值
print(student['name']) # 小明
print(student.get('age')) # 20
print(student.get('height', 170)) # 170（默认值）
2.2 添加和修改元素
student = {'name': '小明', 'age': 20}# 添加新元素
student['grade'] = 85
student['city'] = '深圳'# 修改现有元素
student['age'] = 21print(student) # {'name': '小明', 'age': 21, 'grade': 85, 'city': '深圳'}
2.3 删除元素
student = {'name': '小明', 'age': 20, 'grade': 85, 'city': '深圳'}# 使用del删除
del student['city']# 使用pop()删除并返回值
age = student.pop('age')
print(age) # 20# 使用popitem()删除最后一个键值对
last_item = student.popitem()
print(last_item) # ('grade', 85)# 清空字典
student.clear()
print(student) # {}
3. 字典的常用方法
3.1 获取键、值和键值对
student = {'name': '小明', 'age': 20, 'grade': 85}# 获取所有键
keys = student.keys()
print(list(keys)) # ['name', 'age', 'grade']# 获取所有值
values = student.values()
print(list(values)) # ['小明', 20, 85]# 获取所有键值对
items = student.items()
print(list(items)) # [('name', '小明'), ('age', 20), ('grade', 85)]
3.2 字典合并和更新
dict1 = {'a': 1, 'b': 2}
dict2 = {'c': 3, 'd': 4}
dict3 = {'b': 20, 'e': 5}# 使用update()方法
dict1.update(dict2)
print(dict1) # {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}# 使用**操作符（Python 3.5+）
merged = {**dict1, **dict3}
print(merged) # {'a': 1, 'b': 20, 'c': 3, 'd': 4, 'e': 5}# 使用|操作符（Python 3.9+）
result = dict1 | dict3
print(result) # {'a': 1, 'b': 20, 'c': 3, 'd': 4, 'e': 5}
3.3 字典复制
original = {'a': 1, 'b': [2, 3, 4]}# 浅复制
shallow_copy = original.copy()
copy_dict = dict(original)# 深复制
import copy
deep_copy = copy.deepcopy(original)# 修改原字典中的列表
original['b'].append(5)
print(shallow_copy) # {'a': 1, 'b': [2, 3, 4, 5]} - 受影响
print(deep_copy) # {'a': 1, 'b': [2, 3, 4]} - 不受影响
4. 字典推导式
字典推导式是创建字典的简洁方式，语法类似列表推导式。
# 基本语法：{key_expr: value_expr for item in iterable}# 示例1：创建平方字典
squares = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(squares) # {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}# 示例2：字符串长度字典
words = ['apple', 'banana', 'cherry']
lengths = {word: len(word) for word in words}
print(lengths) # {'apple': 5, 'banana': 6, 'cherry': 6}# 示例3：带条件的字典推导式
even_squares = {x: x**2 for x in range(1, 11) if x % 2 == 0}
print(even_squares) # {2: 4, 4: 16, 6: 36, 8: 64, 10: 100}# 示例4：转换现有字典
original = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
upper_keys = {k.upper(): v * 2 for k, v in original.items()}
print(upper_keys) # {'A': 2, 'B': 4, 'C': 6}
5. 字典的遍历
5.1 遍历键
student = {'name': '小明', 'age': 20, 'grade': 85}# 方法1：直接遍历字典
for key in student:print(key, student[key])# 方法2：使用keys()方法
for key in student.keys():print(key, student[key])
5.2 遍历值
for value in student.values():print(value)
5.3 遍历键值对
# 推荐方式
for key, value in student.items():print(f"{key}: {value}")
6. 嵌套字典
实际应用中，字典经常嵌套使用，形成复杂的数据结构。
# 学生信息系统
students = {'student1': {'name': '张三','age': 20,'scores': {'math': 90, 'english': 85, 'chinese': 88}},'student2': {'name': '李四','age': 21,'scores': {'math': 95, 'english': 90, 'chinese': 92}}
}# 访问嵌套数据
print(students['student1']['name']) # 张三
print(students['student1']['scores']['math']) # 90# 遍历嵌套字典
for student_id, info in students.items():print(f"学生ID: {student_id}")print(f"姓名: {info['name']}")print("成绩:")for subject, score in info['scores'].items():print(f" {subject}: {score}")print()
7. 字典的高级应用
7.1 defaultdict
from collections import defaultdict# 自动创建默认值
dd = defaultdict(list)
dd['fruits'].append('apple')
dd['fruits'].append('banana')
print(dd) # defaultdict(<class 'list'>, {'fruits': ['apple', 'banana']})# 统计字符出现次数
text = "hello world"
char_count = defaultdict(int)
for char in text:char_count[char] += 1
print(dict(char_count)) # {'h': 1, 'e': 1, 'l': 3, 'o': 2, ' ': 1, 'w': 1, 'r': 1, 'd': 1}
7.2 Counter
from collections import Counter# 计数器
words = ['apple', 'banana', 'apple', 'cherry', 'banana', 'apple']
counter = Counter(words)
print(counter) # Counter({'apple': 3, 'banana': 2, 'cherry': 1})
print(counter.most_common(2)) # [('apple', 3), ('banana', 2)]
7.3 OrderedDict
from collections import OrderedDict# 有序字典（Python 3.7+普通字典也保持顺序）
od = OrderedDict()
od['first'] = 1
od['second'] = 2
od['third'] = 3# 移动到末尾
od.move_to_end('first')
print(od) # OrderedDict([('second', 2), ('third', 3), ('first', 1)])
8. 字典的性能特点
8.1 时间复杂度
- 查找：O(1) 平均情况，O(n) 最坏情况
- 插入：O(1) 平均情况
- 删除：O(1) 平均情况
- 遍历：O(n)
8.2 内存优化
# Python 3.6+字典更节省内存
import sys# 比较不同数据结构的内存使用
data_list = [('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)] * 1000
data_dict = {f'key_{i}': i for i in range(3000)}print(f"列表内存: {sys.getsizeof(data_list)} bytes")
print(f"字典内存: {sys.getsizeof(data_dict)} bytes")
9. 实际应用场景
9.1 配置管理
# 应用配置
config = {'database': {'host': 'localhost','port': 5432,'username': 'admin','password': 'secret'},'cache': {'redis_host': '127.0.0.1','redis_port': 6379},'debug': True
}def get_config(key_path):"""获取嵌套配置值"""keys = key_path.split('.')value = configfor key in keys:value = value[key]return valueprint(get_config('database.host')) # localhost
9.2 缓存实现
class SimpleCache:def __init__(self, max_size=100):self.cache = {}self.max_size = max_sizedef get(self, key):return self.cache.get(key)def set(self, key, value):if len(self.cache) >= self.max_size:# 删除最旧的项（简单实现）oldest_key = next(iter(self.cache))del self.cache[oldest_key]self.cache[key] = valuedef clear(self):self.cache.clear()# 使用示例
cache = SimpleCache(max_size=3)
cache.set('user:1', {'name': '张三', 'age': 25})
cache.set('user:2', {'name': '李四', 'age': 30})
print(cache.get('user:1')) # {'name': '张三', 'age': 25}
9.3 数据分组
# 按条件分组数据
students = [{'name': '张三', 'age': 20, 'grade': 'A'},{'name': '李四', 'age': 21, 'grade': 'B'},{'name': '王五', 'age': 20, 'grade': 'A'},{'name': '赵六', 'age': 22, 'grade': 'C'}
]# 按年龄分组
age_groups = {}
for student in students:age = student['age']if age not in age_groups:age_groups[age] = []age_groups[age].append(student)print(age_groups)
# {20: [{'name': '张三', 'age': 20, 'grade': 'A'}, {'name': '王五', 'age': 20, 'grade': 'A'}],
# 21: [{'name': '李四', 'age': 21, 'grade': 'B'}],
# 22: [{'name': '赵六', 'age': 22, 'grade': 'C'}]}
10. 常见陷阱和注意事项
10.1 可变对象作为默认值
# 错误示例
def add_student(name, scores={}):scores[name] = 0return scoresresult1 = add_student('张三')
result2 = add_student('李四')
print(result1) # {'张三': 0, '李四': 0} - 意外！# 正确做法
def add_student(name, scores=None):if scores is None:scores = {}scores[name] = 0return scores
10.2 字典遍历时修改
# 错误示例
data = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
for key in data:if data[key] % 2 == 0:del data[key] # RuntimeError!# 正确做法
data = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
keys_to_delete = [key for key, value in data.items() if value % 2 == 0]
for key in keys_to_delete:del data[key]
10.3 键的类型问题
# 注意键的类型
data = {1: 'one', '1': 'string one'}
print(data[1]) # 'one'
print(data['1']) # 'string one'
print(len(data)) # 2 - 不同类型的键被视为不同
总结
字典是Python中功能强大且使用频繁的数据结构，掌握其核心概念和常用操作对于Python编程至关重要。本文从基础概念到高级应用，全面梳理了字典的知识点：
- 基础操作：创建、访问、修改、删除
- 常用方法：keys()、values()、items()、update()等
- 高级特性：字典推导式、嵌套字典、特殊字典类型
- 性能特点：时间复杂度和内存优化
- 实际应用：配置管理、缓存、数据分组等
- 注意事项：常见陷阱和最佳实践
熟练掌握这些知识点，能够帮助我们在实际开发中更高效地使用字典，写出更优雅和高性能的Python代码。
希望这篇文章对大家学习Python字典有所帮助！如果有任何问题或建议，欢迎在评论区交流讨论。