從零學Python：第十五課-常用資料結構之字典

又是一次敲黑板的乾貨分享了！

迄今為止，我們已經為大家介紹了Python中的三種容器型資料型別，但是這些資料型別還不足以幫助我們解決所有的問題。例如，我們要儲存一個人的資訊，包括姓名、年齡、體重、單位地址、家庭住址、本人手機號、緊急聯絡人手機號等資訊，你會發現我們之前學過的列表、元組和集合都不是最理想的選擇。

person1 = [
'王大錘', 
55, 
60, 
'科華北路62號', 
'中同仁路8號', 
'13122334455', 
'13800998877']

person2 = (
'王大錘', 
55, 
60, 
'科華北路62號', 
'中同仁路8號', 
'13122334455', 
'13800998877')

person3 = {
'王大錘', 
55, 
60, 
'科華北路62號', 
'中同仁路8號', 
'13122334455', 
'13800998877'}

集合肯定是最不合適的，因為集合有去重特性，如果一個人的年齡和體重相同，那麼集合中就會少一項資訊；同理，如果這個人的家庭住址和單位地址是相同的，那麼集合中又會少一項資訊。另一方面，雖然列表和元組可以把一個人的所有資訊都儲存下來，但是當你想要獲取這個人的手機號時，你得先知道他的手機號是列表或元組中的第6個還是第7個元素；當你想獲取一個人的家庭住址時，你還得知道家庭住址是列表或元組中的第幾項。總之，在遇到上述的場景時，列表、元組、字典都不是最合適的選擇，我們還需字典（dictionary）型別，這種資料型別最適合把相關聯的資訊組裝到一起，並且可以幫助我們解決程式中為真實事物建模的問題。

說到字典這個詞，大家一定不陌生，讀小學的時候每個人基本上都有一本《新華字典》，如下圖所示。

Python程式中的字典跟現實生活中的字典很像，它以鍵值對（鍵和值的組合）的方式把資料組織到一起，我們可以透過鍵找到與之對應的值並進行操作。就像《新華字典》中，每個字（鍵）都有與它對應的解釋（值）一樣，每個字和它的解釋合在一起就是字典中的一個條目，而字典中通常包含了很多個這樣的條目。

建立和使用字典

在Python中建立字典可以使用{}字面量語法，這一點跟上一節課講的集合是一樣的。但是字典的{}中的元素是以鍵值對的形式存在的，每個元素由:分隔的兩個值構成，:前面是鍵，:後面是值，程式碼如下所示。

xinhua = {

    
'麓': 
'山腳下', 
'路': 
'道，往來通行的地方；方面，地區：南～貨，外～貨；種類：他倆是一～人',

    
'蕗': 
'甘草的別名', 
'潞': 
'潞水，水名，即今山西省的濁漳河；潞江，水名，即雲南省的怒江'

}


print(xinhua)

person = {

    
'name': 
'王大錘', 
'age': 55, 
'weight': 60, 
'office': 
'科華北路62號', 

    
'home': 
'中同仁路8號', 
'tel': 
'13122334455', 
'econtact': 
'13800998877'

}


print(person)

透過上面的程式碼，相信大家已經看出來了，用字典來儲存一個人的資訊遠遠優於使用列表或元組，因為我們可以用:前面的鍵來表示條目的含義，而:後面就是這個條目所對應的值。

當然，如果願意，我們也可以使用內建函式dict或者是字典的生成式語法來建立字典，程式碼如下所示。

# dict函式(構造器)中的每一組引數就是字典中的一組鍵值對

person = dict(name=
'王大錘', age=
55, weight=
60, home=
'中同仁路8號')


print(person)    # {
'name': 
'王大錘', 
'age': 
55, 
'weight': 
60, 
'home': 
'中同仁路8號'}



# 可以透過Python內建函式zip壓縮兩個序列並建立字典

items1 = dict(zip(
'ABCDE', 
'12345'))


print(items1)    # {
'A': 
'1', 
'B': 
'2', 
'C': 
'3', 
'D': 
'4', 
'E': 
'5'}

items2 = dict(zip(
'ABCDE', 
range(
1, 
10)))


print(items2)    # {
'A': 
1, 
'B': 
2, 
'C': 
3, 
'D': 
4, 
'E': 
5}



# 用字典生成式語法建立字典

items3 = {x: x ** 
3 
for x in 
range(
1, 
6)}


print(items3)     # {
1: 
1, 
2: 
8, 
3: 
27, 
4: 
64, 
5: 
125}

想知道字典中一共有多少組鍵值對，仍然是使用len函式；如果想對字典進行遍歷，可以用for迴圈，但是需要注意，for迴圈只是對字典的鍵進行了遍歷，不過沒關係，在講完字典的運算後，我們可以透過字典的鍵獲取到和這個鍵對應的值。

person = {
'name': 
'王大錘', 
'age': 
55, 
'weight': 
60, 
'office': 
'科華北路62號'}


print(
len(person))    # 
4


for key in person:

    
print(key)

字典的運算

對於字典型別來說，成員運算和索引運算肯定是最為重要的，前者可以判定指定的鍵在不在字典中，後者可以透過鍵獲取對應的值或者向字典中加入新的鍵值對。值得注意的是，字典的索引不同於列表的索引，列表中的元素因為有屬於自己有序號，所以列表的索引是一個整數；字典中因為儲存的是鍵值對，所以字典的索引是鍵值對中的鍵，透過索引操作可以修改原來的值或者向字典中存入新的鍵值對。需要 特別提醒大家注意的是， 字典中的鍵必須是不可變型別，例如整數（int）、浮點數（float）、字串（str）、元組（tuple）等型別的值；顯然，列表（list）和集合（set）是不能作為字典中的鍵的，當然字典型別本身也不能再作為字典中的鍵，因為字典也是可變型別，但是字典可以作為字典中的值。關於可變型別不能作為字典中的鍵的原因，我們在後面的課程中再為大家詳細說明。這裡，我們先看看下面的程式碼，瞭解一下字典的成員運算和索引運算。

person = {
'name': 
'王大錘', 
'age': 
55, 
'weight': 
60, 
'office': 
'科華北路62號'}

# 檢查name和tel兩個鍵在不在person字典中


print(
'name' in person, 
'tel' in person)    # True False

# 透過age修將person字典中對應的值修改為
25


if 
'age' in person:

    person[
'age'] = 
25

# 透過索引操作向person字典中存入新的鍵值對

person[
'tel'] = 
'13122334455'

person[
'signature'] = 
'你的男朋友是一個蓋世垃圾，他會踏著五彩祥雲去贏取你的閨蜜'


print(
'name' in person, 
'tel' in person)    # True True

# 檢查person字典中鍵值對的數量


print(
len(person))    # 
6

# 對字典的鍵進行迴圈並通索引運算獲取鍵對應的值


for key in person:

    
print(f
'{key}: {person[key]}')

需要注意，在透過索引運算獲取字典中的值時，如指定的鍵沒有在字典中，將會引發KeyError異常。

字典的方法

字典型別的方法基本上都跟字典的鍵值對操作相關，可以透過下面的例子來了解這些方法的使用。例如，我們要用一個字典來儲存學生的資訊，我們可以使用學生的學號作為字典中的鍵，透過學號做索引運算就可以得到對應的學生；我們可以把字典中鍵對應的值也做成一個字典，這樣就可以用多組鍵值對分別儲存學生的姓名、性別、年齡、籍貫等資訊，程式碼如下所示。

# 字典中的值又是一個字典(巢狀的字典)

students = {

    
1001: {
'name': 
'狄仁傑', 
'sex': True, 
'age': 
22, 
'place': 
'山西大同'},

    
1002: {
'name': 
'白元芳', 
'sex': True, 
'age': 
23, 
'place': 
'河北保定'},

    
1003: {
'name': 
'武則天', 
'sex': False, 
'age': 
20, 
'place': 
'四川廣元'}

}



# 使用get方法透過鍵獲取對應的值，如果取不到不會引發KeyError異常而是返回None或設定的預設值


print(students.get(
1002))    # {
'name': 
'白元芳', 
'sex': True, 
'age': 
23, 
'place': 
'河北保定'}


print(students.get(
1005))    # None

print(students.get(
1005, {
'name': 
'無名氏'}))    # {
'name': 
'無名氏'}



# 獲取字典中所有的鍵


print(students.keys())      # dict_keys([
1001, 
1002, 
1003])

# 獲取字典中所有的值


print(students.values())    # dict_values([{...}, {...}, {...}])

# 獲取字典中所有的鍵值對


print(students.items())     # dict_items([(
1001, {...}), (
1002, {....}), (
1003, {...})])

# 對字典中所有的鍵值對進行迴圈遍歷


for key, value in students.items():

    
print(key, 
'--->', value)



# 使用pop方法透過鍵刪除對應的鍵值對並返回該值

stu1 = students.pop(
1002)


print(stu1)             # {
'name': 
'白元芳', 
'sex': True, 
'age': 
23, 
'place': 
'河北保定'}


print(
len(students))    # 
2

# stu2 = students.pop(
1005)    # KeyError: 
1005

stu2 = students.pop(
1005, {})


print(stu2)             # {}



# 使用popitem方法刪除字典中最後一組鍵值對並返回對應的二元組

# 如果字典中沒有元素，呼叫該方法將引發KeyError異常

key, value = students.popitem()


print(key, value)    # 
1003 {
'name': 
'武則天', 
'sex': False, 
'age': 
20, 
'place': 
'四川廣元'}



# setdefault可以更新字典中的鍵對應的值或向字典中存入新的鍵值對

# setdefault方法的第一個引數是鍵，第二個引數是鍵對應的值

# 如果這個鍵在字典中存在，更新這個鍵之後會返回原來與這個鍵對應的值

# 如果這個鍵在字典中不存在，方法將返回第二個引數的值，預設為None

result = students.setdefault(
1005, {
'name': 
'方啟鶴', 
'sex': True})


print(result)        # {
'name': 
'方啟鶴', 
'sex': True}


print(students)      # {
1001: {...}, 
1005: {...}}



# 使用update更新字典元素，相同的鍵會用新值覆蓋掉舊值，不同的鍵會新增到字典中

others = {

    
1005: {
'name': 
'喬峰', 
'sex': True, 
'age': 
32, 
'place': 
'北京大興'},

    
1010: {
'name': 
'王語嫣', 
'sex': False, 
'age': 
19},

    
1008: {
'name': 
'鍾靈', 
'sex': False}

}

students.update(others)


print(students)      # {
1001: {...}, 
1005: {...}, 
1010: {...}, 
1008: {...}}

跟列表一樣，從字典中刪除元素也可以使用del關鍵字，在刪除元素的時候如果指定的鍵索引不到對應的值，一樣會引發KeyError異常，具體的做法如下所示。

person = {
'name': 
'王大錘', 
'age': 
25, 
'sex': True}

del person[
'age']


print(person)    # {
'name': 
'王大錘', 
'sex': True}

字典的應用

我們透過幾個簡單的例子來講解字典的應用。

例子1：輸入一段話，統計每個英文字母出現的次數。

sentence = input(
'請輸入一段話: ')

counter = {}


for ch 
in sentence:

    
if 
'A' <= ch <= 
'Z' 
or 
'a' <= ch <= 
'z':

        counter[ch] = counter.get(ch, 
0) + 
1


for key, value 
in counter.items():

    print(
f'字母
{key}出現了
{value}次.')

例子2：在一個字典中儲存了股票的程式碼和價格，找出股價大於100元的股票並建立一個新的字典。

說明：可以用字典的生成式語法來建立這個新字典。

stocks 
= 
{

    
'AAPL': 
191.88
,

    
'GOOG': 
1186.96
,

    
'IBM': 
149.24
,

    
'ORCL': 
48.44
,

    
'ACN': 
166.89
,

    
'FB': 
208.09
,

    
'SYMC': 
21.29


}


stocks2 
= 
{key: 
value 
for 
key, 
value 
in 
stocks.items() 
if 
value 
> 
100
}


print(stocks2)

簡單的總結

Python程式中的字典跟現實生活中字典非常像，允許我們 以鍵值對的形式儲存資料，再 透過鍵索引對應的值。這是一種非常 有利於資料檢索的資料型別，底層原理我們在後續的課程中再研究。再次提醒大家注意， 字典中的鍵必須是不可變型別，字典中的值可以是任意型別。