Python中的資料結構

作者|ANIRUDDHA BHANDARI
編譯|VK
來源|Analytics Vidhya

概述

• 在深入研究資料科學和模型構建之前，Python中的資料結構是一個需要學習的關鍵概念

• 了解Python提供的不同資料結構，包括串列、元組等

介紹

資料結構聽起來是一個非常直截了當的話題，但許多資料科學和分析的新手并不知道它是什么，當我詢問這些人關于Python中不同的資料結構以及它們是如何作業的時，他們一片空白，

Python是一種很容易學習的編程語言，但是我們需要先弄清楚我們的基本知識，然后再深入研究有吸引力的機器學習，這是因為在我們執行的每一個資料探索任務背后，甚至在我們采取的分析步驟背后，都有一個資料存盤和組織的基本元素，

而且這是一個無需考慮的問題——當我們高效地存盤資料時，提取資訊變得非常容易，由于我們的代碼運行得更快，我們節省了大量的時間——誰不希望這樣呢？

所以我希望你掌握Python中的資料結構，

在本文中，我們將探討Python中的基本內置資料結構，當你在現實世界中處理資料時，這些結構將非常有用，所以無論你是資料科學家還是分析師，這篇文章對你來說都同樣重要，

目錄

• Python中的資料結構

• 資料結構1:Python中的串列

  • 創建串列
  • 訪問串列元素
  • 在串列中追加值
  • 從串列中洗掉元素
  • 排序串列
  • 串聯串列
  • 串列決議
  • 使用串列堆疊和佇列

• 資料結構2:Python中的元組

  • 在Python中創建元組
  • 元組的不變性
  • 元組賦值
  • 更改元組值

• 資料結構3:Python中的字典

  • 生成字典
  • 訪問鍵和值

• 資料結構4:Python中的集合

  • 從集合中添加和洗掉元素
  • 集合的操作

Python中的資料結構

資料結構是高效存盤和組織資料的一種方法，這將允許你輕松訪問和執行資料操作，

在資料結構方面，沒有一種適合所有型別的模型，你將需要以不同的方式存盤資料，以滿足一時需要，也許你想把所有型別的資料存盤在一起，或者你想要一些更快的資料搜索，或者一些只存盤不同資料項的東西，

幸運的是，Python有許多內置的資料結構，可以幫助我們輕松地組織資料，因此，有必要先了解這些，以便我們在處理資料時，確切地知道哪些資料結構將有效地解決我們的目的，

資料結構1:Python中的串列

Python中的串列是最通用的資料結構，它們用于存盤異構資料項，從整數到字串，甚至是另一個串列！它們也是可變的，這意味著即使在創建串列之后，它們的元素也可以更改，

創建串列

串列是通過將元素括在[]內創建的，每個項用逗號分隔：

由于串列中的每個元素都有自己不同的位置，因此在串列中具有重復的值不是問題：

訪問串列元素

要訪問串列的元素，我們使用索引，串列中的每個元素都有一個與其相關的索引，這取決于它在串列中的位置，串列的第一個元素有索引0，下一個元素有索引1，依此類推，串列的最后一個元素的索引小于串列的長度，

但索引不一定總是正的，也可能是負的，你認為負索引意味著什么？

正索引從串列開始開始計數，而負索引從串列末尾開始計數，如果我們想從串列的末尾回傳第n個元素，這就避免了我們必須執行的瑣碎計算，因此，對于串列的最后一項，我們不需要回傳List_name[len(List_name)-1] 元素，只需撰寫List_name[-1]，

使用負索引，我們可以輕松地回傳串列末尾的第n個元素，如果我們想從結尾回傳第一個元素，或者最后一個索引，那么關聯的索引是-1，類似地，倒數第二個元素的索引將是-2，依此類推，記住，第0個索引仍然參考串列中的第一個元素，

但是如果我們想回傳串列中兩個位置之間的一系列元素呢？這叫做切片，我們要做的就是指定開始和結束索引，例如List_name[start : end]，

這里要記住的一件重要的事情是，結束索引處的元素永遠不包含在內，只回傳從開start索引到等于end-1索引的元素，

在串列中追加值

我們可以使用append()或 insert() 方法向現有串列中添加新元素：

• append()，在串列末尾添加一個元素
• insert()，在指定的特定位置將元素添加到串列

從串列中洗掉元素

從串列中洗掉元素與添加元素一樣簡單，可以使用remove()或pop()方法完成：

• remove()–從串列中洗掉與給定值匹配的第一個匹配項
• pop()–當我們要從串列中移除指定索引處的元素時使用，但是，如果我們不提供索引值，最后一個元素將從串列中洗掉

排序串列

大多數情況下，你將使用串列對元素進行排序，因此了解sort()方法非常重要，它允許你按升序或降序對串列元素進行就地排序：

但是當你想要對包含字串元素的串列進行排序時，事情就變得有點棘手了，你如何比較兩個字串？好吧，字串值是使用字串中字符的ASCII值排序的，字串中的每個字符都有一個與其關聯的整數值，我們使用這些值對字串進行排序，

在比較兩個字串時，我們只是從一開始比較每個字符的整數值，如果在兩個字串中遇到相同的字符，我們只需比較下一個字符，直到找到兩個不同的字符，當然，這是內部完成的，所以你不必擔心！

合并串列

我們甚至可以通過簡單地使用+符號連接兩個或多個串列，這將回傳一個新串列，其中包含兩個串列中的元素：

串列決議

串列的一個非常有趣的應用是串列決議，它提供了一種創建新串列的簡潔方法，這些新串列是通過對現有串列的每個元素應用操作創建的，如果我們首先檢查一下如何使用舊的for回圈來完成它：

現在，我們將看到如何使用串列理解簡潔地執行此操作：

看到區別了嗎？串列決議對于任何資料科學家來說都是一項有用的語法，因為你可以看到和撰寫簡明易讀的代碼！

堆疊和佇列

串列是Python中內置的資料結構，但我們可以使用它來創建用戶定義的資料結構，使用串列構建的兩種非常流行的用戶定義資料結構是堆疊和佇列，

堆疊是一個元素串列，其中元素的添加或洗掉是從串列的末尾開始的，把它想象成一堆書，當你需要從書堆中添加或洗掉一本書時，你可以從頂部開始，它使用了后進先出的簡單概念，

另一方面，佇列是一個元素串列，其中元素的添加發生在串列的末尾，而元素的洗掉則發生在串列的前面，你可以把它想象成現實世界中的一個佇列，當前面的人離開佇列時，佇列變短，當有新成員從末尾添加到佇列中時，佇列將變長，它使用先進先出的概念，

現在，作為一個資料科學家或分析師，你可能不是每天都在使用這個概念，但是當你必須構建自己的演算法時，它肯定會幫助你！

資料結構2:Python中的元組

元組是Python中另一種非常流行的內置資料結構，它們與串列非常相似，只不過有一個區別，它們是不可變的，這意味著一旦生成元組，就不能添加、洗掉或編輯任何值，

我們將進一步探討這個問題，但首先讓我們看看如何在Python中創建元組！

在Python中創建元組

元組可以通過在（括號）內寫入值來生成，每個元素用逗號分隔，但是，即使你寫了一堆沒有任何括號的值并把它們賦給一個變數，你最侄訓是會得到一個元組！

好了，現在我們知道了如何創建元組，讓我們討論一下不變性，

元組的不變性

在Python中，任何在創建后不能修改的內容都是不可變的，Python語言可以分解為可變和不可變的物件，

串列、字典、集合（我們將在后面的章節中探討這些）是可變物件，這意味著它們可以在創建后修改，另一方面，整數、浮點數、布林值、字串甚至元組都是不可變的物件，但是，是什么使它們不可改變呢？

Python中的所有內容都是一個物件，所以我們可以使用內置的id()方法來檢查物件的記憶體位置，這被稱為物件的標識，讓我們創建一個串列并確定串列及其元素的位置：

如你所見，串列及其元素在記憶體中都有不同的位置，因為我們知道串列是可變的，所以我們可以改變其元素的值，讓我們這樣做，看看它如何影響：

串列的位置沒有改變，但元素的位置改變了，這意味著為元素創建了一個新物件并保存在串列中，這就是可變的意思，可變物件可以在創建后更改其狀態或內容，但不可變物件不能這樣做，

但是我們可以呼叫元組偽不可變，因為即使它們是不可變的，它們也可以包含其值可以修改的可變物件！

從上面的示例中可以看到，我們能夠更改元組中包含的不可變物件list的值，

元組賦值

元組打包和解包是一些有用的操作，你可以執行這些操作來將值賦給單行中另一個元組，

當我們制造元組時，我們已經看到了元組的打包，元組解包與打包相反，

它對于在一行中交換值非常有用，老實說，這是讓我對Python感到興奮的第一件事，能夠用這么少的代碼做這么多事情！

更改元組值

雖然我說過元組值不能更改，但實際上可以通過使用list（）將其轉換為串列來對其進行更改，完成更改后，可以再次使用tuple（）將其轉換回元組，

然而，這種更改非常昂貴，因為它需要復制元組，但是，當你不希望其他人更改資料結構的內容時，元組就派上了用場，

資料結構3:Python中的字典

Dictionary是另一種Python資料結構，用于存盤不可變但無序的異構物件，這意味著當你試圖訪問這些元素時，它們的順序可能與你插入它們的順序不完全相同，

但是，使詞典與串列區別開來的是元素在其中的存盤方式，字典中的元素是通過它們的鍵值而不是它們的索引來訪問的，正如我們在串列中所做的那樣，所以字典包含鍵值對，而不僅僅是單個元素，

生成詞典

字典是通過{}括號內寫入鍵和值生成的，每個鍵值對用逗號分隔：

使用鍵，我們可以輕松提取關聯值：

這些鍵是獨一無二的，但是，即使字典中有多個項具有相同的鍵，項的值為最后一個鍵關聯的值：

字典對于快速訪問項非常有用，因為與串列和元組不同，字典不必遍歷所有找到值的項，字典使用哈希提高性能，

訪問鍵和值

你可以使用 keys() 方法從字典訪問鍵，使用values()方法訪問值，我們可以使用for回圈查看它們，也可以使用list()將它們轉換為串列：

我們甚至可以使用items()方法同時訪問這些值，該方法回傳字典中每個元素的相應鍵值對，

資料結構4:Python中的集合

有時不希望在串列或元組中多次出現同一個元素，在這里，你可以使用集合資料結構，Set是一個無序但可變的元素集合，它只包含唯一的值，

你將看到這些值的順序與在集合中輸入的順序不同，這是因為集合是無序的，

從集合中添加和移除元素

要向集合中添加值，請使用add()方法，它允許你添加除可變物件以外的任何值：

要從集合中移除值，有兩個選項可供選擇：

• 第一個是remove()方法，如果元素不在集合中，它會給出一個錯誤

• 第二個是discard() 方法，它洗掉元素，但當元素不在集合中時不會出錯

如果該值不存在，remove()將給出一個錯誤，而discard() 則不會，

集合操作

使用Python集，你可以執行兩個集之間的并集、交集和差集等操作，就像在數學中一樣，

兩個集合的并集給出兩個集合的值，但這些值是獨一無二的，因此，如果兩個集合包含相同的值，則只回傳一個副本：

兩個集合的交集只回傳兩個集合共有的值：

一個集合與另一個集合的差集只給出第一個集合中不存在的值：

結尾

Python是一種漂亮的語言，它為你提供了許多選項來更有效地處理資料，學習Python中的資料結構是你學習程序中的一個關鍵，

原文鏈接：https://www.analyticsvidhya.com/blog/2020/06/data-structures-python/

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