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Python線性資料結構

2020-10-08 23:36:06 後端開發

python線性資料結構

目錄
  • 1 線性資料結構
  • 2.內建常用的資料型別
    • 2.1 數值型
    • 2.2 序列(sequence)
      • 2.2.1 list 串列
      • 2.2.2 tuple 元組
      • 2.2.3 string 字串
      • 2.2.4 bytes 位元組
      • 2.2.5 bytearray 位元組陣列

<center>碼好python的每一篇文章.</center>

1 線性資料結構

本章要介紹的線性結構：list、tuple、string、bytes、bytearray，

  • 線性表：是一種抽象的數學概念，是一組元素的序列的抽象，由有窮個元素組成(0個或任意個)，

    線性表又可分為 順序表和鏈接表，

  • 順序表：一組元素在記憶體中有序的存盤，串列list就是典型的順序表，

  • 鏈接表：一組元素在記憶體中分散存盤鏈接起來，彼此知道連接的是誰，

    對于這兩種表，陣列中的元素進行查找、增加、洗掉、修改，看看有什么影響：

  • 查找元素

    對于順序表，是有序的在記憶體中存盤資料，可快速通過索引編號獲取元素，效率高，，

    對于鏈接表是分散存盤的，只能通過一個個去迭代獲取元素，效率差，

  • 增加元素

    對于順序表，如果是在末尾增加元素，對于整個資料表來說沒什么影響，但是在開頭或是中間插入元素，后面的所有元素都要重新排序，影響很大(想想數百萬或更大資料量)，

    對于鏈接表，不管在哪里加入元素，不會影響其他元素，影響小，

  • 洗掉元素
    對于順序表，洗掉元素和增加元素有著一樣的問題，
    對于鏈接表，不管在哪里洗掉元素，不會影響其他元素，影響小，

  • 修改元素
    對于順序表，可快速通過索引獲取元素然后進行修改，效率高，

    對于鏈接表，只能通過迭代獲取元素然后進行修改，效率低，

總結：順序表對于查找與修改效率最高，增加和洗掉效率低，鏈接表則相反，

2.內建常用的資料型別

2.1 數值型

  • int 整數型別

    說明：整數包括負整數、0、正整數（... -2,-1,0,1,2, ...），

    x1 = 1
x2 = 0
x3 = -1
print(type(x1), x1)
print(type(x2), x2)
print(type(x3), x3)

# 輸出結果如下：
<class 'int'> 1
<class 'int'> 0
<class 'int'> -1

    int( )方法：可以將數字或字串轉為整數，預設base=10,表示10進制，無引數傳入則回傳0，

    x1 = int()
x2 = int('1')
x3 = int('0b10',base=2)  #base=2，表二進制，與傳入引數型別一致，
x4 = int(3.14)
print(type(x1), x1)
print(type(x2), x2)
print(type(x3), x3)
print(type(x4), x4)

# 輸出結果如下：
<class 'int'> 0
<class 'int'> 1
<class 'int'> 2
<class 'int'> 3

  • float 浮點型別
    說明：由整數和小數部分組成，傳入的引數可以為int、str、bytes、bytearray，

    x1 = float(1)
x2 = float('2')
x3 = float(b'3')
print(type(x1), x1)
print(type(x2), x2)
print(type(x3), x3)

# 輸出結果如下：
<class 'float'> 1.0
<class 'float'> 2.0
<class 'float'> 3.0

  • complex (復數型別)

    說明：由實數和虛數部分組成，都是浮點數，

    傳入引數可以為int、str，如果傳入兩參，前面一個為實數部分，后一個引數為虛數部分，

    x1 = complex(1)
x2 = complex(2,2)
x3 = complex('3')
print(type(x1), x1)
print(type(x2), x2)
print(type(x3), x3)

# 輸出結果如下：
<class 'complex'> (1+0j)
<class 'complex'> (2+2j)
<class 'complex'> (3+0j)

  • bool (布爾型別)

    說明：為int的子類，回傳的是True和False，對應的是1和0，

    x1 = bool(0)
x2 = bool(1)
x3 = bool()
x4 = 2 > 1
print(type(x1), x1)
print(type(x2), x2)
print(type(x3), x3)
print(type(x4), x4)

# 輸出結果如下：
<class 'bool'> False
<class 'bool'> True
<class 'bool'> False
<class 'bool'> True

2.2 序列(sequence)

2.2.1 list 串列

說明： 串列是由若干元素物件組成，且是有序可變的線性資料結構，使用中括號[ ]表示，

  • 初始化

    lst = []  # 空串列方式1
#或者
lst = list()  # 空串列方式2
print(type(lst),lst)

# 輸入結果如下：
<class 'list'> []

  • 索引

    說明： 使用正索引(從左至右)、負索引(從右至左)訪問元素，時間復雜度為O(1)，效率極高的使用方式，

    按照給定區間獲取到資料，叫做切片，

    正索引：

    從左至右，從0開始索引，區間為[0，長度-1]，左包右不包，

    lst = ['a','b','c','d']
print(lst[0])  # 獲取第一個元素
print(lst[1:2])  # 獲取第二個元素,左包右不包，切片
print(lst[2:])  # 獲取第三個元素到最后一個元素，切片
print(lst[:])  # 獲取所有元素，切片

# 輸出結果如下：
a
['c']
['c', 'd']
['a', 'b', 'c', 'd']

    負索引：

    從右至左，從-1開始索引，區間為[-長度，-1]

    lst = ['a','b','c','d']
print(lst[-1])
print(lst[-2:])

# 輸出結果如下：
d
['c', 'd']

  • 查詢

    index( )方法：L.index(value, [start, [stop]]) -> integer

    回傳的是索引id，要迭代串列，時間復雜度為O(n)，

    lst = ['a','b','c','d']
print(lst.index('a',0,4))  # 獲取區間[0,4]的元素'a'的索引id

# 輸出結果如下：
0

    備注：如果查詢不到元素，則拋出ValueError，

    count( ) 方法：L.count(value) -> integer

    回傳的是元素出現的次數，要迭代串列，時間復雜度為O(n)，

    lst = ['a','b','a','b']
print(lst.count('a'))

# 輸出結果如下：
2

    len( ) 方法：回傳的是串列元素的個數，時間復雜度為O(1)，

    lst = ['a','b','c','d']
print(len(lst))

# 輸出結果如下：
4

    備注：所謂的O(n) 是指隨著資料的規模越來越大，效率下降，而O(1)則相反，不會隨著資料規模大而影響效率，

  • 修改

    串列是有序可變，所以能夠對串列中的元素進行修改，

    lst = ['a','b','c','d']
lst[0] = 'A'
print(lst)

# 輸出結果如下：
['A', 'b', 'c', 'd']

  • 增加

    append( ) 方法：L.append(object) -> None

    尾部追加元素，就地修改，回傳None，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.append('e')
print(lst)

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c', 'd', 'e']

    insert( )方法：L.insert(index, object) -> None ,

    在指定索引位置插入元素物件，回傳None，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.insert(0,'A')  # 在索引0位置插入'A',原有的元素全部往后移，增加了復雜度
print(lst)

# 輸出結果如下：
['A', 'a', 'b', 'c', 'd']

    extend( )方法： L.extend(iterable) -> None

    可以增加多個元素，將可迭代物件的元素追加進去，回傳None，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.extend([1,2,3])
print(lst)

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c', 'd', 1, 2, 3]

    還可以將串列通過 + 和 * ，拼接成新的串列，

    lst1 = ['a','b','c','d']
lst2 = ['e','f','g']
print(lst1 + lst2)
print(lst1 * 2)  # 將串列里面的元素各復制2份

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
['a', 'b', 'c', 'd', 'a', 'b', 'c', 'd']

    這里還有一個特別要注意情況如下：

    lst1 = [[1]] * 3  # 結果：[[1], [1], [1]]
print(lst1)
lst1[0][0] = 10  # 結果：[[10], [1], [1]]，是這樣嘛？？
print(lst1)

# 輸出結果如下：
[[1], [1], [1]]
[[10], [10], [10]]  # 為什么結果會是這個？請往下看串列復制章節，找答案！

  • 洗掉

    remove()方法：L.remove(value) -> None

    從左至右遍歷查找，找到就洗掉該元素，回傳None，找不到則拋出ValueError，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.remove('d')
print(lst)

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c']  # 元素'd'已經被洗掉

    pop() 方法：L.pop([index]) -> item

    預設洗掉尾部元素，可指定索引洗掉元素，索引越界拋出IndexError，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.pop()
print(lst)

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c']

    clear() 方法：L.clear() -> None

    清空串列所有元素，慎用，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.clear()
print(lst)

# 輸出結果如下：
[]  # 空串列了

  • 反轉

    reverse( ) 方法：L.reverse()

    將串列中的元素反轉，回傳None，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.reverse()
print(lst)

# 輸出結果如下：
['d', 'c', 'b', 'a']

  • 排序

    sort() 方法：L.sort(key=None, reverse=False) -> None

    對串列元素進行排序，預設為升序，reverse=True為降序，

    lst = ['a','b','c','d']
lst.sort(reverse=True)
print(lst)

# 輸出結果如下：
['d', 'c', 'b', 'a']

  • in成員操作

    判斷成員是否在串列里面，有則回傳True、無則回傳False，

    lst = ['a','b','c','d']
print('a' in lst)
print('e' in lst)

# 輸出結果如下：
True
False

  • 串列復制

    說明： 串列復制指的是串列元素的復制，可分為淺copy和深copy兩種，串列元素物件如串列、元組、字典、類、實體這些歸為參考型別(指向記憶體地址)，而數字、字串先歸為簡單型別，好讓大家理解，

    示例一：這是屬于拷貝嘛？

    lst1 = [1,[2,3],4]
lst2 = lst1
print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2)  # id() 查看記憶體地址

# 輸出結果如下：
1593751168840 1593751168840 True [1, [2, 3], 4]

    顯然不是屬于任何copy，說白了都是指向同一個記憶體地址，

    示例二：淺拷貝copy

    說明： 淺拷貝對于參考型別物件是不會copy的，地址指向仍是一樣，

    lst1 = [1,[2,3],4]
lst2 = lst1.copy()
print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2)
print('=' * 30)
lst1[1][0] = 200  # 修改串列的參考型別，所有串列都會改變
print(lst1, lst2)

# 輸出結果如下：
1922175854408 1922175854344 True [1, [2, 3], 4]
==============================
[1, [200, 3], 4] [1, [200, 3], 4]

    示例三：深拷貝deepcopy

    說明： 深拷貝對于參考型別物件也會copy成另外一份，地址指向不一樣，

    import copy

lst1 = [1,[2,3],4]
lst2 = copy.deepcopy(lst1)
print(id(lst1),id(lst2),lst1 == lst2, lst2)
print('=' * 30)  
lst1[1][0] = 200  # 修改串列的參考型別，不會影響其他串列
print(lst1, lst2)

# 輸出結果如下：
2378580158344 2378580158280 True [1, [2, 3], 4]
==============================
[1, [200, 3], 4] [1, [2, 3], 4]

2.2.2 tuple 元組

說明： 元組是由若干元素物件組成，且是有序不可變的資料結構，使用小括號( )表示，

  • 初始化

    t1 = ()  # 空元素方式1，一旦創建將不可改變
t2 = tuple()  # 空元素方式2，一旦創建將不可改變
t3 = ('a',)  # 元組只有一個元素，一定要加逗號','
t4 = (['a','b','c'])  # 空串列方式2

    備注： 元組如果只有一個元素物件，一定要在后面加逗號, 否則變為其他資料型別，

  • 索引
    同串列一樣，不再過多舉例，

    t = ('a','b','c','d')
print(t[0])
print(t[-1])
# 輸出結果如下：
a
d

  • 查詢

    同串列一樣，不再過多舉例，

    t = ('a','b','c','d')
print(t.index('a'))
print(t.count('a'))
print(len(t))

# 輸出結果如下：
0
1
4

  • 增刪改

    元組是不可變型別，不能增刪改元素物件，

    但是要注意如下場景：

    元組中的元素物件(記憶體地址)不可變，參考型別可變，----這里又出現參考型別的情況了，

    # 元組的元組不可修改(即記憶體地址)
t = ([1],)
t[0]= 100
print(t)
# 結果報錯了
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
    
############################################

# 元組里面的參考型別物件可以修改（如嵌套了串列）
t = ([1],2,3)
t[0][0] = 100  # 對元組參考型別物件的元素作修改
print(t)

# 輸出結果如下：
([100], 2, 3)

2.2.3 string 字串

說明： 字串是由若干字符組成，且是有序不可變的資料結構，使用引號表示，

  • 初始化
    多種花樣，使用單引號、雙引號、三引號等，

    name = 'tom'
age = 18
str1 = 'abc'  # 單引號字串
str2 = "abc"  # 雙引號字串
str3 = """I'm python"""  # 三引號字串
str4 = r"c:\windows\note"  # r前綴，沒有轉義(轉義字符不生效)
str5 = f'{name} is {age} age.'  # f前綴，字串格式化，v3.6支持
print(type(str1), str1)
print(type(str2), str2)
print(type(str3), str3)
print(type(str4), str4)
print(type(str5), str5)

# 輸出結果如下：
<class 'str'> abc
<class 'str'> abc
<class 'str'> I'm python
<class 'str'> c:\windows\note
<class 'str'> tom is 18 age.

  • 索引

    同串列一樣，不再過多舉例，

    str = "abcdefg"
print(str[0])
print(str[-1])

# 輸出結果如下：
a
g

  • 連接

    通過加號 + 將多個字串連接起來，回傳一個新的字串，

    str1 = "abcd"
str2 = "efg"
print(str1 + str2)

# 輸出結果如下：
abcdefg

    join( ) 方法：S.join(iterable) -> str

    s表示分隔符字串，iterable為可迭代物件字串，結果回傳字串，

    str = "abcdefg"
print('->'.join(str))

# 輸出結果如下：
a->b->c->d->e->f->g

  • 字符查找

    find( ) 方法：S.find(sub[, start[, end]]) -> int

    從左至右查找子串sub，也可指定區間，找到回傳正索引，找不到則回傳 -1 ，

    str = "abcdefg"
print(str.find('a',0,7))
print(str.find('A'))

# 輸出結果如下：
0
-1

    rfind( ) 方法：S.rfind(sub[, start[, end]]) -> int

    從右至左查找子串sub，也可指定區間，找到回傳正索引，找不到則回傳 -1 ，

    str = "abcdefg"
print(str.rfind('a'))
print(str.rfind('A'))

# 輸出結果如下：
0
-1

    還有index()和find() 類似，不過找不到會拋例外，不建議使用，

    像s.count() 還可以統計字符出現的次數，

    像len(s) 還可以統計字串的長度，

  • 分割

    split( ) 方法：S.split(sep=None, maxsplit=-1) -> list of strings

    sep表示分隔符，預設為空白字串，maxsplit=-1表示遍歷整個字串，最后回傳串列，

    str = "a,b,c,d,e,f,g"
print(str.split(sep=','))

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']

    rsplit( ) 方法與上面不同就是，從右至左遍歷，

    splitlines() 方法： S.splitlines([keepends]) -> list of strings

    按行來切割字串，keepends表示是否保留行分隔符，最后回傳串列，

    str = "a\nb\nc\r\nd"
print(str.splitlines())
print(str.splitlines(keepends=True))

# 輸出結果如下：
['a', 'b', 'c', 'd']
['a\n', 'b\n', 'c\r\n', 'd']

    partition() 方法 ： S.partition(sep) -> (head, sep, tail)

    從左至右查詢分隔符，遇到就分割成頭、分隔符、尾的三元組，回傳的是一個元組tuple，

    str = "a*b*c*d"
print(str.partition('*'))
# 輸出結果如下：
('a', '*', 'b*c*d')

    rpartition() 方法 ：S.rpartition(sep) -> (head, sep, tail)

    與上方法不同，就是從右至左，不過這個比較常用，可以獲取后綴部分資訊，

    str1 = "http://www.python.org:8843"
str2 = str1.rpartition(':')
port = str2[-1]
print(port)

  • 替換

    replace() 方法：S.replace(old, new[, count]) -> str

    遍歷整個字串，找到全部替換，count表示替換次數，預設替換全部，最后回傳一個新的字串，

    str = "www.python.org"
print(str.replace('w','m'))  # 回傳的是一個新的字串
print(str)  # 字串不可變，保持原樣

# 輸出結果如下：
mmm.python.org
www.python.org

  • 移除

    strip() 方法：S.strip([chars]) -> str

    在字串兩端移除指定的字符集chars , 預設移除空白字符，

    str = " * www.python.org  *"
print(str.strip("* "))  # 去掉字串首尾帶有星號'*' 和 空白' '

# 輸出結果如下：
www.python.org

    還有lstrip() 和 rstrip 分別是移除字串左邊和右邊字符集，

  • 首尾判斷

    startswith() 方法：S.startswith(prefix[, start[, end]]) -> bool

    預設判斷字串開頭是否有指定的字符prefix,也可指定區間，

    str = "www.python.org"
print(str.startswith('www',0,14))
print(str.startswith('p',0,14))
# 輸出結果如下：
True
False

    endswith() 方法：S.endswith(suffix[, start[, end]]) -> bool

    預設判斷字串結尾是否有指定的字符suffix,也可指定區間，

    str = "www.python.org"
print(str.startswith('www',0,14))
print(str.startswith('p',0,14))
# 輸出結果如下：
True
False

    str = "www.python.org"
print(str.endswith('g',11,14))
# 輸出結果如下：
True

  • 格式化

    c風格格式化：

    格式字串：使用%s(對應值為字串)，%d(對應值為數字)等等，還可以在中間插入修飾符%03d，

    被格式的值：只能是一個物件，可以是元組或是字典，

    name = "Tom"
age = 18
print("%s is %d age." % (name,age))
# 輸出結果如下：
Tom is 18 age.

    format格式化：

    格式字串：使用花括號{ }, 花括號里面可以使用修飾符，

    被格式的值：*args為可變位置引數，**kwargs為可變關鍵字引數，

    # 位置傳參
print("IP={} PORT={}".format('8.8.8.8',53))  # 位置傳參
print("{Server}: IP={1} PORT={0}".format(53, '8.8.8.8', Server='DNS Server'))  # 位置和關鍵字傳參傳參

# 輸出結果如下：
IP=8.8.8.8 PORT=53
DNS Server: IP=8.8.8.8 PORT=53

    # 浮點數
print("{}".format(0.123456789))
print("{:f}".format(0.123456789))    #  小數點默認為6位
print("{:.2f}".format(0.123456789))  # 取小數點后兩位
print("{:15}".format(0.123456789))   # 寬度為15，右對齊

# 輸出結果如下：
0.123456789
0.123457     # 為什么是這個值？大于5要進位
0.12
    0.123456789  # 左邊有4個空格

  • 其他常用函式

    str = "DianDiJiShu"
print(str.upper())  # 字母全部轉化為大寫
print(str.lower())  # 字母全部轉化為小寫

# 輸出結果如下：
DIANDIJISHU
diandijishu

2.2.4 bytes 位元組

bytes 和 bytearray從python3引入的兩種資料型別，

在計算機的世界里，機器是以0 和 1 組成的，也叫二進制(位元組)來通信的，這套編碼我們叫做ASCII編碼，

所以機器通信的語言就叫做機器語言，然而我們人類想要跟機器通信，那么需要怎么做呢？

  • 把人類的語言編碼成機器能夠識別的語言，通常叫做編碼（字串轉換為ASCII碼），
  • 把機器的語言解碼成人類能夠識別的語言，通常叫做解碼（ASCII碼轉換為字串），

至今現代編碼的發展史程序大概是這樣的：ASCII(1位元組) -> unicode(2~4位元組) -> utf-8(16位元組)，utf8是多位元組編碼，一般使用13位元組，特殊使用4位元組(一般中文使用3位元組)，向下兼容ASCII編碼，

中國也有屬于自己的編碼：gbk

ASCII碼表常用的必須牢記(整理部分)：

詳細ASCII碼下載鏈接：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fWVl57Kqmv-tkjrDKwPvSw 提取碼：tuyz

所以，機器上的進制就是位元組，1位元組等于8位，例如：十進制2，用2進制和16進制表示：

# 二進制
0000 0010  # 一個位元組bytes

# 16進制，機器基本都是顯示16進制
0x2

bytes 是不可變型別

bytes()     # 空bytes，一旦創建不可改變
bytes(int)  # 指定位元組的大小，用0填充
bytes(iterable_of_ints)  # [0.255]整數的可迭代物件
bytes(string, encoding[, errors])  # 等價于string.encoding(),字串編碼成位元組
bytes(bytes_or_buffer)  # 復制一份新的位元組物件

  • 初始化

    b1 = bytes()
b2 = bytes(range(97,100))
b3 = bytes(b2)
b4 = bytes('123',encoding='utf-8')
b5 = b'ABC'
b6 = b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'.decode('utf-8')
print(b1, b2, b3, b4, b5, b6, sep='\n')

# 輸出結果如下：
b''
b'abc'
b'abc'
b'123'
b'ABC'
你好

2.2.5 bytearray 位元組陣列

bytearray 是可變陣列，可以進行增刪改操作，類似串列，

bytearray()  # 空bytearray,可改變
bytearray(iterable_of_ints)  # [0.255]整數的可迭代物件
bytearray(string, encoding[, errors])  # 等價于string.encoding(),字串編碼成位元組
bytearray(bytes_or_buffer)   # 復制一份新的位元組陣列物件
bytearray(int)  # 指定位元組的大小，用0填充

  • 增刪改

    # 初始化
b = bytearray()
print(b)
# 輸出結果如下：
bytearray(b'')
#--------------------------
# 增加元素物件
b.append(97)
print(b)
b.extend([98,99])
print(b)
# 輸出結果如下：
bytearray(b'a')
bytearray(b'abc')
#--------------------------
# 插入元素物件
b.insert(0,65)
print(b)
# 輸出結果如下：
bytearray(b'Aabc')
#--------------------------
# 洗掉元素物件
b.pop()
print(b)
# 輸出結果如下：
bytearray(b'Aab')

今天就到這了，下一回合咱再接著嘮嗑 set (集合) 和 dict (字典) ，敬請耐心等待，

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