Python基础及应用课件第4章.pptx

1、Python基础及应用课件第4章目录什么是数据结构Tuple（元组）List（列表）Dict（字典）字符串什么是数据结构数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合，是计算机存储组织数据的形式。我们可以将生活中的事物联系抽象为特定的四种数据结构集合结构，线性结构，树形结构，图状结构。什么是数据结构1.集合结构在数学中集合的朴素定义是指具有某种特定性质的事物的总体，具有无序性和确定性。计算机中的集合结构顾名思义正是对生活中集合关系的抽象，比如对于一筐鸡蛋，筐就是一个集合，其中的元素就是每个鸡蛋。什么是数据结构2.线性结构线性结构和集合结构非常类似，但是线性结构是有序的并且元素之间有

2、联系，比如排队中的人就可以看做一个线性结构，每个人是一个元素同时每个人记录自己前面和后面的人是谁，这样存储到计算机中后我们可以从任意一个人访问到另一个人。树形结构和图状结构这里暂不介绍，我们的学习会以前两种为主，因为它们直接对应了 Python 的基本数据类型。TupleTuple又叫元组，是一个线性结构，它的表达形式是这样的：即用一个圆括号括起来的一串对象就可以创建一个Tuple，之所以说它是一个线性结构是因为在元组中元素是有序的，比如我们可以这样去访问它的内容这段代码会输出：切片1.背景切片操作符的和C/C+的下标运算符非常像，但是在 C/C+中，只能用来取出指定下标的元素，所以它在 C/

3、C+中叫做下标运算符。在Python中，这个功能被极大地扩展了它不但能取一个元素，还能取一串元素，甚至还能隔着取、倒着取，反向取等等。由于取一串元素的操作更像是在切片，所以我们称它为切片操作符。灵活使用切片操作符，往往可以大大简化代码，这也是Python提供的便利之一。切片：取一个元素如果我们有一个 Tuple，并且我们想取出其中一个元素，我们可以使用具有一个参数的下标运算符：绝大部分编程语言下标都是从0开始的，也就是说在Python中对于一个有n个元素的Tuple，自然数下标的范围是0n-1。所以这里会输出tuple1中下标为2的第3个元素：5这是切片操作符最简单的形式，它只接收一个参数就是

4、元素的下标，切片：取一个元素特别地，Python支持负数下标表示从结尾倒着取元素，比如我们如果想取出最后一个元素：但是要注意的是负数下标是从-1开始的，所以对于一个含有n个元素的 Tuple，它的负数下标范围为-1-n，因此这里得到的是下标为4的最后1个元素，输出为：9切片：取一个元素如果我们取了一个超出范围的元素：那么 Python 解释器会抛出一个 IndexError 异常：Traceback(most recent call last):这个异常的详细信息是下标超出了范围。如果遇到这种情况，我们就需要检查一下代码是不是访问了不存在的下标。切片：取连续的元素这段代码会输出：(1,3,5)

5、我们会发现结果仍然是一个 Tuple，由第1个到第4个元素之间的元素构成，其中包含第1个元素，但是不包含第4个元素。这种切片操作接收两个参数，开始下标和结束下标，中间用分号隔开，也就是上面例子中的0和3，但是要注意的是元素下标区间是左闭右开的。如果对之前讲循环时候的 range 还有印象的话，可以发现它们区间都是左闭右开的，这是Python中的一个规律。切片：取连续的元素特殊地，如果我们从第0个开始取，或者我们要一直取到最后一个，我们可以省略相应的参数，比如：第一句表示从第1个元素取到第3个元素，第二句表示从第4个元素取到最后一个，所以输出为：同样地，这里也可以使用负下标。切片：以固定间隔取连

6、续的元素上述取连续元素的操作其实还可以进一步丰富，例如：这段代码会输出：(3,7)这里表示的含义就是从第2个元素取到第5个元素，每2个取第一个。于是我们取出了第2个和第4个元素。这也是切片操作符的完整形式，即 开始:结束:间隔，例如上面的 1:4:2。特殊地，这个间隔可以是负数，表示反向间隔，例如这句代码会输出：(9,7,5,3,1)。翻转了整个Tuple。修改这里说“修改”并不是原位的修改，因为Tuple的元素一旦指定就不可再修改，而是通过创建一个新的 Tuple 来实现修改。这段代码会输出：修改我们通过创建tuple3和tuple4，“修改”了tuple1和tuple2。同时要注意的是，之

7、前在讲字符串的时候提到的加法和乘法对Tuple的操作也是类似的，效果分别是两个Tuple元素合并为一个新的Tuple和重复自身元素返回一个新的Tuple。遍历遍历有两种方法遍历这段代码会输出：1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 我们在 print 函数中加了一个使结束符为空的参数，这个用法会在下一章函数中讲到，这里只要知道这样会使print不再自动换行就行了。我们可以通过一个 for 循环或者 while 循环直接顺序访问元组的内容。显然for循环不仅可读性高而且更加简单，在大多数情况下应该优先采用for循环。另外值得一提的是，之所以Tuple可以这样用for遍历是因为Tuple包括后面马

8、上要提到的List和Dict对象本身是一个可迭代的对象，这个概念之后会细讲，这里只要学会for循环的用法就行了。查找在 Tuple 中查找元素可以用 in，比如：这段代码会输出：We found 3!in 是一个使用广泛的判断包含的运算符，类似地还有 not in。in的作用就是判断特定元素是否在某个对象中，如果包含就返回 True，否则返回 False。内置函数此外有一些内置函数可以作用于Tuple上，比如：从上到下分别是求tuple1的长度、tuple1中最大的元素、tuple2中最小的元素。这些函数对接下来即将讲到的List和Dict也有类似的作用。ListList又叫列表，也是一个线性

9、结构，它的表达形式是：List的性质和Tuple是非常类似的，上述Tuple的操作都可以用在List上，但是List有一个最重要的特点就是元素可以修改，所以List的功能要比Tuple更加丰富。由于List的查找和遍历语法和Tuple是完全一致的，所以这里就不再赘述了，我们把主要精力放到List的特性上。添加之前已经提到了，List是可以修改的，因此我们可以在尾部添加一个元素，比如：添加输出：1,2,3,4,5,6append方法的作用是在List后面追加一个元素，类似地，我们还有 extend 和 insert可以用于添加元素，比如：这段代码会输出：添加extend接收一个参数，内容为要合并

10、进这个list的一个可迭代对象，所以这里可以传入一个List或者Tuple。insert接收两个参数，分别是下标和被插入的对象，可以在指定下标位置插入指定对象。删除由于List元素是可以修改的，因此删除也是允许的，List删除元素有三种方法：del 操作符pop 方法remove 方法删除：del 操作符del 是一个Python内建的一元操作符，只有一个参数是被删除的对象，比如：这段代码会输出：1,3,4,5del一般用来删除指定位置的元素。删除：pop 方法pop方法没有参数，默认删除最后一个元素，比如：这段代码会输出：删除：remove 方法remove方法接收一个参数，为被删除的对象，

11、比如：这段代码会输出：同时我们也可以看出remove是从前往后查找，删除遇到第一个相等的元素。修改List可以在原位进行修改，直接用下标访问就可以，比如：这段代码会输出：这样第三个元素就被修改了。修改还记得我们刚刚学习的切片操作符吗？对于List来说可以一次修改一段值，比如：这段代码会输出：修改也可以等间隔赋值：这段代码会输出：修改很多时候我们希望在遍历过程中修改值，那么就有了问题，如果我们删除了一个值，那么之后会不会遍历到已删除的值？而如果我们在尾部添加了一个值，那么之后新添加的值会不会被遍历到？在Python中遍历List时候修改值是完全安全的，不会遍历到删除的值并且新添加的值会正常遍历，

12、下面是一个例子：修改修改在for循环中的建立的循环变量item只是原对象list1中元素的一个拷贝，所以直接修改item不会对list1造成任何影响，我们依旧需要用下标或者List的方法来修改list1的值。之前我们都是通过while来完成跟下标有关的循环的，这里就介绍一下如何用for来进行下标相关的循环，那就是利用enumerate返回一个迭代器，这个迭代器可以同时生成下标和对应的值用于遍历。当然由于我还没有讲到函数和面向对象的相关知识，这里只要有个印象即可，能模仿使用更好。排序和翻转很多时候，我们希望数据是有序的，而List提供了sort方法用于排序和reverse方法用于翻转，比如：排序

13、和翻转代码会输出：第一个 reverse方法的作用就是将List前后翻转，第二个sort方法是将元素从小到大排列，第三个 sort 加了一个 reversed=True 的参数，所以它会从大到小排列元素。推导式列表推导式是一种可以快速生成 List 的方法。比如生成一个含有 0-100 中所有偶数的列表：怎么理解这个语法呢？这里的语法很像经典集合论中对集合的定义，其中最开始的 i 是代表元素，而后面的for i in range(101)说明了这个元素的取值范围，最后的一个 if 是限制条件。推导式同时代表元素还可以做一些简单的运算，比如：这里输出的结果是：0,1,4,9,16,25,36,4

14、9,64,81这里我们依靠列表推导式就快速生成了 100 以内的完全平方数。另外值得一提的是，列表推导式不仅简洁、可读性高，更关键的是相比之前的循环生成列表推导式的效率要高得多，因此在写 Python 代码中应该善于使用列表推导式。DictDict中文名为字典，与上面的Tuple和List不同，是一种集合结构，因为它满足集合的三个性质即无序性，确定性和互异性。创建一个字典的语法是：这段代码我们定义了一个 zergling，它拥有 5 点攻击力，具有 4.13 的移动速度，消耗 50 块钱。Dict 使用花括号，里面的每一个对象都需要有一个键，我们称之为 Key，也就是冒号前面的字符串，当然它也

15、可以是 int、float 等基础类型。冒号后面的是值，我们称之为 Value，同样可以是任何基础类型。所以Dict除了被叫做字典以外还经常被称为键值对、映射等。DictDict的互异性体现在它的键是唯一的，如果我们重复定义一个Key，后面的定义会覆盖前面的，比如：#请不要这么做这段代码会输出：6Dict相比Tuple和List，Dict 有以下特点：（1）查找比较快（2）占用更多空间（3）Key不可重复，且不可变（4）数据不保证有序存放这里最重要的特点就是查找速度快，对于一个Dict来说无论元素有10个还是10万个查找某个特定元素花费的时间都是相近的，而List或者Tuple查找特定元素花费

16、的时间会随着元素数目的增长线性增长。访问Dict 的访问和 List 与 Tuple 类似，但是必须要用Key作为索引：这里会输出：50如果执行注释里的错误用法，会抛出 KeyError 异常，因为Dict是无序的，所以无法用下标去访问，报错为：访问：使用 in为了避免访问不存在的 Key，这里有三种办法第一种办法是使用 in 操作符，比如：in 操作符会在Dict所有的Key中进行查找，如果找到就会返回 True，反之返回 False，因此可以确保访问的时候Key一定是存在的。访问：使用 get 方法第二种办法是使用 get 方法，比如：get 方法可以节省一个 if 判断，它如果访问了一个

17、存在的 Key，则会返回对应的 Value，反之返回 None。访问：使用 defaultdict这种办法需要用到一个 import，它的作用是导入一个外部的包，这里仅作了解。这段代码会输出：None可以看到 defaultdict 在访问不存在的 Key 的时候会直接返回 None。修改修改 Dict 中 Value 非常简单，和 List 类似只要直接赋值即可：添加添加的方式和 Python 中声明变量的方法类似，比如：和List不同的是，由于Dict没有顺序，所以 Dict 不使用 append 等方法进行添加，而是只要对要添加的Key直接赋值就会自动创建新Key，当然如果Key已经存在

18、的话会覆盖原来的值。添加还有一种与上面 get 方法对应的操作，调用 setdefault 方法：这段代码会输出：添加setdefault 是一个复合的 get 操作，它接收两个参数，分别是 Key 和 Value。首先它会尝试去访问这个 Key，如果存在则返回它对应的值，如果不存在，则创建这个 Key 并将值设置为 Value，然后返回Value。删除和之前 List 的删除类似，可以使用 del来删除，比如：当然除了del，Dict也提供了pop方法来删除元素，不过稍有区别，比如：可以看到Dict删除元素的时候需要一个Key作为参数，那么有没有像List那种方便的pop呢？这就要用到pop

19、item了，比如：但是要注意的是，由于Dict本身的无序性，这里popitem删除的是最后一次插入的元素。遍历于Dict由Key和Value构成，因此Dict的遍历是跟Tuple和List有些区别的。我们先看看如何单独获得Key和Value的集合：这段代码会输出：遍历我们注意到，这两个输出前面带有 dict_keys 和 dict_values，因为这两个方法的返回值是特殊的对象而不是 List，所以不能直接使用下标访问，比如：直接下标访问会报错：遍历它们的用途是遍历，我们可以用 for 循环去遍历：这段代码会输出：遍历类似地，还有一个 items 方法，可以同时遍历 Key、Value 对，

20、和之前讲到的enumerate非常类似，比如：这段代码会输出：这样就可以遍历整个Dict了。遍历不过有一点要注意的是，在遍历过程中可以修改但是不能添加删除，比如：这样是会报错的，但是修改已有的值是没问题的，比如：这一点要尤其注意。嵌套只有 Tuple、List、Dict 往往是不够的，我们有时候需要表示更加复杂的对象，因此这时候我们就需要嵌套使用这三种类型，比如如果我们想表示一艘航空母舰：嵌套有了这种操作，我们就可以存储关系非常复杂的数据了，然后可以通过如下的方式去访问嵌套的元素：这段代码会输出：嵌套可以看出，我们如果使用嵌套的 Tuple、List、Dict，可以通过一层一层地访问去访问或者

21、修改，比如carrier本身就是一个Dict，因此我们可以用Key访问，接着carriercost又返回了一个Dict，于是我们依旧需要用Key访问，所以我们最终是用carriercostmineral 这种方式访问到了我们想要的数据。字符串字符串是计算机与人交互过程中使用最普遍的数据类型。我们在计算机看到的一切文本，实际上都是一个个字符串。在之前的几章的学习里，我们输出的内容都非常的简陋，只有一个数字或者一句话。本章会教您如何从屏幕上输入内容以及如何按照特定的需求来构造字符串。字符串表示我们先来看一下字符串的表示方式，实际上在之前输出 hello world 的时候我们已经用过了，代码如下：

22、字符串表示这里使用了4种字符串的表示方式，依次认识一下吧。str1 和 str2 使用了一对双引号或单引号来表示一个单行字符串。而 str3 和 str4 使用了三个双引号或单引号来表示一个多行字符串。那么使用单引号和双引号的区别是什么？仔细观察一下 str1 和 str2，在 str1 中，字符串内容包含单引号，在 str2 中，字符串内容包括双引号。字符串表示如果在单引号字符串中使用单引号，会出现如下报错：其实在输入的时候就可以看到字符串的后半段完全没有正常的高亮，而且回车执行后还报了 SyntaxError的错误。这是因为单引号在单引号字符串内不能直接出现，Python不知道单引号是字符

23、串内本身的内容还是要作为字符串的结束符来处理。所以两种字符串最大的差别就是可以直接输出双引号或单引号，这是 Python 特有的一种方便的写法。字符串表示但是另一个问题出现了，如果要同时输出单引号和双引号呢？也就是说我们要用一种没有歧义的表达方式来告诉Python这个字符是字符串本身的内容而不是结束符，这就需要用到转义字符了。转义字符右表所示是Python中的转义字符。实际上所有的编程语言都会使用转义字符，因为没有编程语言会不支持字符串，只不过不同的编程语言可能略有差别。转义字符使用转义字符我们就能输出所有不能直接输出的字符了，例如，我们可以在 IPython 或者 PyCharm 中执行这两

24、句代码，然后会听到一声“哔”。这是因为a是控制字符而不是用于显示的字符，它的作用就是让主板蜂鸣器响一声。转义字符特殊地，如果我们想输出一个不加任何转义的字符串，可以在前面加一个 r，表示raw string，比如：这段代码会输出：可以看到其中的 n 并没有被当做换行输出。格式化字符串如果仅仅是输出一个字符串，那么我们通过 print 函数就可以直接输出。但是我们可能会遇到以下几种应用情景：今天是 2000 年 10 月 27 日今天的最高气温是 26.7 摄氏度 我们支持张先生上面三个字符串中，第一个字符串，我们希望其中的年、月、日是可变的，第二个字符串，我们希望温度是可变的，第三个字符串中，

25、我们希望姓氏是可变的。我们一共有三种方式可以完成这种操作，其中一种方法只支持3.6以上的Python版本，使用时需要注意。格式化字符串我们先看看 Python 3.6 之前的两种方法。对于字符串中的%d,%f,%s，可以简单理解为一个指定了数据类型的占位符，会由百分号后面的数据依次填充进去。格式化字符串这段代码的输出为：这个 26.700000 跟我们想象的结果不太一样，有效数字太多了，那么我们怎么控制呢？格式化字符串实际上在我们使用格式化字符串的时候，发生了浮点数到字符串的转换，这种转换存在一个默认的精度。要想改变这个精度，我们需要在格式化字符串的时候添加一些参数：这样的话，就会输出：这样就

26、保留了一位小数。对于%f来说，控制有效数字的方法是%整数长度.小数长度f，其中两个长度都是可以省略的。格式化字符串上面是第一种格式化字符串的方式，但是它需要指定类型才能输出，要记这么多占位符有点麻烦也不太人性化，所以接下来讲解一种更加灵活的办法，就是字符串的 format 方法。这里出现了一个陌生的名词“方法”，一个面向对象程序设计里的概念。举个例子来简单说明：由于还没有接触过函数的概念，因此这行代码我们暂时可以这么理解：我们对object这个对象以arg1,arg2,arg3的方式做了dosomething的操作，其中点表示调用相应对象的方法。总之这里我们只要有一个模糊的认知并且知道语法就行

27、了，具体的原理会随着学习的深入逐渐明白。格式化字符串对于字符串的format的方法，我们依旧是从一个例子入手：format中的参数被依次填入到了之前字符串的大括号中，所以输出为：格式化字符串如果我们想改变一下浮点数输出的精度，则需要：3.3f 我们已经认识了，表示整数3位小数3位，前面的0=是什么呢？在这之前我们先看0是什么意思，看另一个例子：这段代码会输出：结合例子不难看出，0=前面的0其实是格式化的顺序，也就是说默认格式化顺序是从左到右的，我们也可以显示指定这个顺序，不过如果需要用到自定义格式，这个顺序必须显式给出。格式化字符串特别地，字符串在Python中是一个不可变的对象，format

28、方法的本质是创建了一个新的字符串作为返回值，而原字符串是不变的，这浪费了空间也浪费了时间，而在Python3.6引入的格式串可以有效的解决这个问题。格式化字符串关于格式串我们看一个例子：字符串前加一个f表示这是一个格式串，接下来Python就会在当前语境中寻找大括号中的变量然后填进去，如果变量不存在会报错。对于上面这个例子，会输出如下结果：今天是 2000 年 10 月 27 日今天的最高气温是 26.7 摄氏度我们支持张先生相对前两种格式化字符串的方式，这种方式非常灵活，比如：#字符串嵌套表达式a=1.5b=2.5str1=fa+b=a+b#字符串排版，表示居中，数字是宽度str2=fa:a

29、:10,b:b:10.#指定位数和精度#这种新格式化方式可以嵌套使用width=3precision=5str3=fa:a:width.precision.#进制转换str4=fint:31,hex:31:x,oct:31:oprint(str1)print(str2)print(str3)print(str4)这段代码的输出是：a+b=4.0a:1.5 ,b:2.5 .a:1.5.int:31,hex:1f,oct:37另外值得一提的是，如果需要取消转义，可以连用 f 和 r，比如str5=frthis n will not be new lineprint(str5)特殊地，如果在格式串中

30、如果想输出花括号，需要两个相同的花括号连用，例如：str6=f print(str6)这段代码的输出为：可以看到大括号被正常输出。格式化字符串字符串前加一个f表示这是一个格式串，接下来Python就会在当前语境中寻找大括号中的变量然后填进去，如果变量不存在会报错。对于上面这个例子，会输出如下结果：格式化字符串相对前两种格式化字符串的方式，这种方式非常灵活，如右图：格式化字符串这段代码的输出是：另外值得一提的是，如果需要取消转义，可以连用 f 和 r，比如格式化字符串特殊地，如果在格式串中如果想输出花括号，需要两个相同的花括号连用，例如：这段代码的输出为：可以看到大括号被正常输出。字符串输入Py

31、thon 有一个内建的输入函数，input。我们可以通过这个函数来获取一行用户输入的文本，比如：由于input返回的是输入的字符串，如果我们需要的不是字符串，那么需要对 input 进行一次类型转换。另外需要注意的是，input一次只获取一行的内容，也就是说只要回车input就会立即返回当前这一行的内容，并且不会包含换行符。字符串运算字符串也是可以进行一些运算的，我们先看一个例子：这段代码会输出：字符串运算字符串支持以下操作符内建方法右侧表摘录自 Python 官方的文档，其中中括号表明是可选参数。下面举一些例子来看一看这些方法怎么使用。内建方法1.count(sub,start,end)其中

32、，start 和 end 均为可选参数，默认是字符串开始和结尾，输出是：22.find(sub,start,end)默认返回第一次出现的位置，找不到返回-1，比如：输出是：0 -1内建方法3.isalpha()和 isdigit()用来判断是不是纯数字或者纯字母，比如：输出是：内建方法4.join(iterable)理解join需要用到后面的知识，这里只要有一个直观的感觉就好了，比如：输出：就是以特定的分割符把一个可迭代对象连接成字符串。内建方法5.lstrip(chars),rstrip(chars)和 strip(chars)这三个非常方法的功能接近，比如：输出是：内建方法这里我们为了能够

33、清晰看到数据的内容，我们引入了一个新的内建函数 repr，它的作用是将一个对象转化成供解释器可读取的字面量，所以我们能看到转义符号和两边的引号等等字符，因为它的输出是可以直接写到源代码的。从输出我们可以看出前后的空格被移除的情况。如果指定参数，则移除的就不是默认的空格，而是指定的字符了。内建方法6.split(sep=None,maxsplit=-1)默认以空格为分隔符进行分割，返回分割的结果，另外可以指定分隔符和最大分割次数，比如：输出是：此外需要注意的是split()和split()是有区别的，后者在遇到连续多个空格的时候会分割出多个空字符串。内建方法7.startswith(prefix

34、,start,end)判断字符串是否具有某个特定前缀，比如：输出是：类似的还有 endswith 方法，用来判断后缀。内建方法8.zfill(width)指定一个宽度，如果数字的长度大于宽度则什么也不做，但是如果小于宽度剩下的位会用0补齐，比如：输出是：字符串访问字符串实际上和 Tuple非常相似，它本身可以像 Tuple 一样去用下标访问单个字符，但是不能修改，比如：如果按照注释里修改的话，会报错：Traceback(most recent call last):File/Users/jiangjiao/PycharmProjects/LearnPythonWithPractice/Chap

35、ter 7/String.py,line 5,in str10=PTypeError:str object does not support item assignment正如Tuple一样，字符串也是一种不可修改的类型，任何形式的“修改”都是创建一个新的对象来完成。字符串访问如果按照注释里修改的话，会报错：正如Tuple一样，字符串也是一种不可修改的类型，任何形式的“修改”都是创建一个新的对象来完成。字符串遍历和Tuple类似，字符串也可以用for循环来遍历：这段代码会输出：本章小结Tuple,List和Dict是Python中非常重要的三种基本类型，其中Tuple和List有许多共性，但是Tuple是不可修改的，而List允许修改要更灵活一些，而Dict是最灵活的，它可以存储任何类型的键值对而且可以快速的查找，同时三种类型又可以相互嵌套形成更复杂的数据结构，这对组织结构化的数据是极有帮助的。字符串是一种非常常见的数据类型，也是我们在设计程序过程中经常打交道的对象，本章介绍了Python中字符串如何构造和处理以及如何获得用户输入的字符串，可以看到Python对字符串操作还是提供了相当丰富的支持，但是这些方法不必全部记住，只要熟练掌握常用的几个方法，其他的留个印象，要用的时候再查即可。