Python基本数据结构与用法详解【列表、元组、集合、字典】

Python是一种动态、面向对象、解释型脚本语言，广泛应用于爬虫、数据分析、Web开发等领域。掌握Python基本数据结构和用法是入门Python的必学内容，本文将详细讲解Python的列表、元组、集合、字典四种基本数据结构的概念、特点、用法及示例。

列表

列表（List）是Python中最常用的一种数据结构，可以存储多个元素，这些元素可以是数字、字符串、甚至是其他列表等各种类型。列表使用一对方括号（[]）表示，每个元素之间用逗号（,）隔开。

列表的创建

直接创建

可以通过方括号直接创建一个列表：

>>> my_list = [1, 2, 'three', 4.0]
>>> print(my_list)
[1, 2, 'three', 4.0]

使用list()函数创建

也可以通过list()函数将其他序列（如元组、字符串）转换为列表：

>>> my_tuple = (1, 2, 'three', 4.0)
>>> my_list = list(my_tuple)
>>> print(my_list)
[1, 2, 'three', 4.0]

>>> my_str = 'hello'
>>> my_list = list(my_str)
>>> print(my_list)
['h', 'e', 'l', 'l', 'o']

列表的访问

索引和切片

列表中的元素可以通过索引和切片来访问。

>>> my_list = [1, 2, 'three', 4.0]
>>> print(my_list[0])    # 访问第一个元素
1
>>> print(my_list[-1])   # 访问最后一个元素
4.0
>>> print(my_list[1:3])  # 切片，访问第2到第3个元素
[2, 'three']

遍历列表

可以使用for循环遍历列表中的所有元素：

>>> my_list = [1, 2, 'three', 4.0]
>>> for item in my_list:
...     print(item)
1
2
three
4.0

列表的操作

添加元素

可以使用append()方法在列表的末尾添加一个元素：

>>> my_list = ['apple', 'banana']
>>> my_list.append('orange')
>>> print(my_list)
['apple', 'banana', 'orange']

同样地，可以使用insert()方法在指定位置插入一个元素：

>>> my_list = ['apple', 'banana']
>>> my_list.insert(1, 'orange')
>>> print(my_list)
['apple', 'orange', 'banana']

删除元素

可以使用del语句、remove()方法和pop()方法删除列表中的元素。其中，del语句用于删除指定位置的元素（也可以删除整个列表）；remove()方法用于删除指定值的元素；pop()方法用于删除指定位置的元素并返回该元素的值。

>>> my_list = ['apple', 'orange', 'banana']
>>> del my_list[1]           # 删除第2个元素
>>> print(my_list)
['apple', 'banana']

>>> my_list = ['apple', 'orange', 'banana']
>>> my_list.remove('orange') # 删除值为'orange'的元素
>>> print(my_list)
['apple', 'banana']

>>> my_list = ['apple', 'orange', 'banana']
>>> val = my_list.pop(1)     # 删除第2个元素并返回'orange'
>>> print(val)
orange
>>> print(my_list)
['apple', 'banana']

元组

元组（Tuple）是Python中另一种常用的数据结构，和列表相似，但元组一旦创建就不允许修改，因此可以用作常量列表或者安全敏感数据的容器。元组使用一对小括号（()）表示，每个元素之间用逗号（,）隔开。

元组的创建

直接创建

可以通过小括号直接创建一个元组：

>>> my_tuple = (1, 2, 'three', 4.0)
>>> print(my_tuple)
(1, 2, 'three', 4.0)

使用tuple()函数创建

也可以通过tuple()函数将其他序列（如列表、字符串）转换为元组：

>>> my_list = [1, 2, 'three', 4.0]
>>> my_tuple = tuple(my_list)
>>> print(my_tuple)
(1, 2, 'three', 4.0)

>>> my_str = 'hello'
>>> my_tuple = tuple(my_str)
>>> print(my_tuple)
('h', 'e', 'l', 'l', 'o')

元组的访问

元组中的元素可以通过索引和切片来访问，和列表相同。

元组的操作

由于元组是不可变的，因此只有很少的操作可以对元组进行修改。

元组的合并

可以使用加号（+）将两个元组合并成一个新的元组：

>>> my_tuple1 = (1, 2, 'three')
>>> my_tuple2 = (4.0, 5.0, 6.0)
>>> my_tuple = my_tuple1 + my_tuple2
>>> print(my_tuple)
(1, 2, 'three', 4.0, 5.0, 6.0)

元组的复制

可以使用乘号（*）将元组重复多次：

>>> my_tuple = (1, 2, 'three') * 3
>>> print(my_tuple)
(1, 2, 'three', 1, 2, 'three', 1, 2, 'three')

集合

集合（Set）是Python中另一种常见的数据结构，类似于数学中的集合。它用一对花括号（{}）表示，每个元素之间用逗号（,）隔开。

集合中的元素是无序的，且每个元素只能出现一次。集合的主要作用是去除序列中的重复元素，并且可以进行集合运算（如交、并、差）。

集合的创建

可以直接使用花括号创建一个集合：

>>> my_set = {1, 2, 3, 4}
>>> print(my_set)
{1, 2, 3, 4}

也可以使用set()函数将其他序列（如列表、字符串）转换为集合：

>>> my_list = [1, 2, 3, 4]
>>> my_set = set(my_list)
>>> print(my_set)
{1, 2, 3, 4}

>>> my_str = 'hello'
>>> my_set = set(my_str)
>>> print(my_set)
{'e', 'l', 'h', 'o'}

集合的操作

可以使用交、并、差等运算对集合进行操作。

集合的交

可以使用&或intersection()方法获取两个集合的交集：

>>> set1 = {1, 2, 3, 4}
>>> set2 = {3, 4, 5, 6}
>>> print(set1 & set2)
{3, 4}
>>> print(set1.intersection(set2))
{3, 4}

集合的并

可以使用|或union()方法获取两个集合的并集：

>>> set1 = {1, 2, 3, 4}
>>> set2 = {3, 4, 5, 6}
>>> print(set1 | set2)
{1, 2, 3, 4, 5, 6}
>>> print(set1.union(set2))
{1, 2, 3, 4, 5, 6}

集合的差

可以使用-或difference()方法获取两个集合的差集：

>>> set1 = {1, 2, 3, 4}
>>> set2 = {3, 4, 5, 6}
>>> print(set1 - set2)
{1, 2}
>>> print(set1.difference(set2))
{1, 2}

字典

字典（Dictionary）是Python中另一种常用的数据结构，用于存储键值对。它用一对花括号（{}）表示，每个键值对之间用冒号（:）隔开，键值对之间用逗号（,）隔开。

字典中的键是唯一的，且只能使用不可变类型（如数字、字符串、元组）作为键，值可以是任何数据类型。

字典的创建

可以通过花括号直接创建一个字典：

>>> my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 20}
>>> print(my_dict)
{'name': 'Alice', 'age': 20}

也可以使用dict()函数：

>>> my_dict = dict([('name', 'Alice'), ('age', 20)])
>>> print(my_dict)
{'name': 'Alice', 'age': 20}

字典的访问

可以使用方括号加键来访问字典中的元素：

>>> my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 20}
>>> print(my_dict['name'])
Alice

字典的操作

添加、修改元素

可以通过方括号加键来添加或修改字典中的元素：

>>> my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 20}
>>> my_dict['gender'] = 'female'  # 添加元素
>>> print(my_dict)
{'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}

>>> my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 20}
>>> my_dict['age'] = 21          # 修改元素
>>> print(my_dict)
{'name': 'Alice', 'age': 21}

删除元素

可以使用del语句或pop()方法删除字典中的元素。其中，del语句用于删除指定键及其对应的值；pop()方法用于删除指定键并返回该键对应的值。

>>> my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}
>>> del my_dict['gender']            # 删除'gender'键
>>> print(my_dict)
{'name': 'Alice', 'age': 20}

>>> my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 20}
>>> val = my_dict.pop('age')         # 删除'age'键并返回20
>>> print(val)
20
>>> print(my_dict)
{'name': 'Alice'}

结语

本文对Python的四种基本数据结构进行了详细的介绍，同时给出了各种用法和操作的示例。掌握好这些数据结构的用法，可以大大提高Python程序的表现力和效率。