2025-08-21 Python进阶2——数据结构

1 列表（List）

列表是 Python 中最常用的数据结构之一，是有序、可变的元素集合，支持多种操作方法。

1.1 列表常用方法

方法	功能描述
list.append(x)	在列表末尾添加元素 x
list.extend(iterable)	扩展列表，添加可迭代对象的所有元素
list.insert(i, x)	在索引 i 处插入元素 x
list.remove(x)	删除第一个值为 x 的元素
list.pop([i])	移除并返回索引 i 处的元素（默认最后一个）
list.clear()	清空列表
list.index(x[, start[, end]])	返回 x 第一次出现的索引
list.count(x)	统计 x 在列表中出现的次数
list.sort(key=None, reverse=False)	就地排序列表
list.reverse()	反转列表元素
list.copy()	返回列表的浅拷贝

示例：

fruits = ['orange', 'apple', 'pear', 'banana']
print(fruits.count('apple'))  # 1
print(fruits.index('banana'))  # 3fruits.append('grape')
fruits.sort()
print(fruits)  # ['apple', 'banana', 'grape', 'orange', 'pear']fruits.reverse()
print(fruits)  # ['pear', 'orange', 'grape', 'banana', 'apple']

1.2 列表的特殊用途

1.2.1 实现堆栈（后进先出）

stack = [3, 4, 5]
stack.append(6)  # 入栈
stack.append(7)
print(stack)  # [3, 4, 5, 6, 7]print(stack.pop())  # 7（出栈）
print(stack)  # [3, 4, 5, 6]

1.2.2 实现队列（先进先出）

列表作为队列效率较低，推荐使用collections.deque：

from collections import deque
queue = deque(["Eric", "John", "Michael"])
queue.append("Terry")  # 入队
queue.append("Graham")print(queue.popleft())  # 'Eric'（出队）
print(queue)  # deque(['John', 'Michael', 'Terry', 'Graham'])

1.3 列表推导式

简洁创建列表的方式，格式：[表达式 for 变量 in 可迭代对象 if 条件]

示例：

# 创建平方列表
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]# 过滤偶数
even_numbers = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]
print(even_numbers)  # [0, 2, 4, ..., 18]# 处理字符串列表
words = ['  apple', 'banana  ', '  cherry  ']
stripped = [word.strip() for word in words]
print(stripped)  # ['apple', 'banana', 'cherry']

1.4 嵌套列表推导式

用于处理复杂结构，如矩阵转置：

# 3x4矩阵
matrix = [[1, 2, 3, 4],[5, 6, 7, 8],[9, 10, 11, 12],
]# 转置矩阵（行变列）
transposed = [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]
print(transposed)  # [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

2 del 语句

用于删除列表元素、切片或变量：

a = [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
del a[0]  # 删除索引0的元素
print(a)  # [1, 66.25, 333, 333, 1234.5]del a[2:4]  # 删除切片
print(a)  # [1, 66.25, 1234.5]del a[:]  # 清空列表
print(a)  # []del a  # 删除变量a

3 元组（Tuple）

元组是有序、不可变的元素集合，用逗号分隔，通常用圆括号包裹。

• 不可变：创建后不能修改元素
• 可包含任意类型元素，包括可变对象
• 支持索引和切片操作
• 可用于打包和解包

示例：

t = 12345, 54321, 'hello!'  # 元组打包
print(t[0])  # 12345# 元组嵌套
u = t, (1, 2, 3, 4, 5)
print(u)  # ((12345, 54321, 'hello!'), (1, 2, 3, 4, 5))# 元组解包
x, y, z = t
print(x, y, z)  # 12345 54321 hello!# 单元素元组（注意逗号）
singleton = 'hello',
print(singleton)  # ('hello',)

4 集合（Set）

集合是无序、不重复的元素集合，支持数学集合运算。

4.1 集合操作

basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear'}
print(basket)  # {'orange', 'pear', 'apple'}（自动去重）# 成员检测
print('orange' in basket)  # True# 集合运算
a = set('abracadabra')
b = set('alacazam')
print(a - b)  # 差集：{'r', 'd', 'b'}
print(a | b)  # 并集：{'a','c','r','d','b','m','z','l'}
print(a & b)  # 交集：{'a', 'c'}
print(a ^ b)  # 对称差集：{'r','d','b','m','z','l'}

4.2 集合推导式

# 创建不包含某些元素的集合
a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
print(a)  # {'r', 'd'}

5 字典（Dictionary）

字典是键值对的无序集合，键必须唯一且不可变，值可以是任意类型。

5.1 字典基本操作

tel = {'jack': 4098, 'sape': 4139}
tel['guido'] = 4127  # 添加键值对
print(tel)  # {'jack': 4098, 'sape': 4139, 'guido': 4127}print(tel['jack'])  # 4098（访问值）del tel['sape']  # 删除键值对
print(list(tel))  # ['jack', 'guido']（获取键列表）

5.2 字典创建方式

# 1. 直接创建
d1 = {'name': 'Alice', 'age': 30}# 2. 使用dict()构造函数
d2 = dict([('name', 'Bob'), ('age', 25)])# 3. 字典推导式
d3 = {x: x*2 for x in range(3)}  # {0:0, 1:2, 2:4}# 4. 关键字参数
d4 = dict(name='Charlie', age=35)

5.3 字典遍历

knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}
for k, v in knights.items():  # 同时获取键和值print(k, v)

6 循环技巧

6.1 遍历字典

for k, v in knights.items():print(k, v)

6.2 带索引遍历序列

for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):print(i, v)  # 0 tic, 1 tac, 2 toe

6.3 同时遍历多个序列

questions = ['name', 'quest', 'favorite color']
answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']
for q, a in zip(questions, answers):print(f"What is your {q}? It is {a}.")

6.4 反向遍历

for i in reversed(range(1, 10, 2)):print(i)  # 9,7,5,3,1

6.5 排序遍历

basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear']
for f in sorted(set(basket)):  # 去重并排序print(f)  # apple, banana, orange, pear

7 序列比较

序列比较使用字典式顺序：

• 比较对应位置元素，直到找到不同元素
• 短序列是长序列的前缀则短序列更小
• 支持同类型序列比较

(1, 2, 3) < (1, 2, 4)  # True
[1, 2, 3] < [1, 2, 4]  # True
'ABC' < 'C' < 'Pascal' < 'Python'  # True
(1, 2, 3) == (1.0, 2.0, 3.0)  # True