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Python哈希表和解析式

singvis • 3 年前 • 315 次点击  
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Python哈希表和解析式

[TOC]


哈喽,大家好!距离上一篇文章近1个半月了,不是我拖呀~,刚好这个月遇到了工作调整,再加上要照顾10个月的孩子,实属不易,所以就这么长时间没来更新了。这不,我每天码一点点,'滴水成河',努力完成了这篇文章。

1. 封装和解构

1.1 封装

说明: 等号(=)右边有多个数值仅通过逗号分割,就会封装到一个元组,称为封装packing。

# 示例:
x = 1,
y = 1,2
print(type(x), x)
print(type(y), y)

# 输出结果如下:
<class 'tuple'> (1,)
<class 'tuple'> (1, 2)复制代码

备注: 如果右边只有一个数值且没有用逗号,其实是一个整数类型,请留意。另外等号右边一定先运行,再赋值给左边。

1.2 解构

说明: 等号(=)右边容器类型的元素与左边通过逗号分割的变量要一 一对应,称为解构unpacking。

x,y = (1,2)  # [1,2] {1,2} {'a':1,'b':2}
print(x)
print(y)

# 输出结果如下:
1
2复制代码

备注:右边的容器可以是元组、列表、字典、集合等,必须是可迭代对象。

错误示范:

x,y = (1,2,3)
print(x)
print(y)

# 输出结果如下:
ValueError: too many values to unpack (expected 2)复制代码

说明:左、右两边个数一定要一致,不然会抛出'ValueError'错误。

剩余变量解构

说明:python3引入了剩余变量解构(rest),'尽可能'收集剩下的数据组成一个列表。

x, *rest = [1,2,3,4,5,6]
print(type(x), x)
print(type(rest), rest)  # 剩余没有赋值的就是rest的了

# 输出结果如下:
<class 'int'> 1
<class 'list'> [2, 3, 4, 5, 6]复制代码
*rest, y = [1,2,3,4,5,6]
print(type(rest), rest)
print(type(y), y)

# 输出结果如下:
<class 'list'> [1, 2, 3, 4, 5]
<class 'int'> 6复制代码

错误示例:

  • 不能单独使用

    说明:等号左边只有一个标识符,无法解构。

    *rest = [1,2,3,4,5,6]
    print(rest)
    
    # 输出结果如下:
     #语法错误
     SyntaxError: starred assignment target must be in a list or tuple复制代码
  • 不能多次同时使用

    x, *rest1, *rest2, y = [1,2,3,4,5,6]
    print(rest1)
    print(rest2)
    
    # 输出结果如下:
     #语法错误,其中一个rest就把剩余元素拿走了,另外一个rest怎么拿?
     SyntaxError: two starred expressions in assignment复制代码

另外一种丢弃变量下划线:'_'

说明: '_'是合法的标识符,大多场景表示不关心该值。

x, *_, y = [1,2,3,4,5,6]
print(x)
print(_)
print(y)
# 输出结果如下:
1
[2, 3, 4, 5]
6复制代码
_, *rest, _ = [1,2,3,4,5,6]
print(_)  # '_'是上一次输出值
print(rest)
# 输出结果如下:
6
[2, 3, 4, 5]复制代码

2. 集合Set

说明:集合是'可变的、无序的、不重复'的元素集合。

成为集合元素是有条件的:'元素必须可hash、可迭代'

可哈希对象如下(不可变):

  • 数值型:int(整数)、float(浮点)、complex(复数)
  • 布尔型:True(是)、False(否)
  • 字符串:string(字符串)、bytes(字节)
  • tuple(元组)
  • None(空)

可以通过内置hash函数判断是否可hash:

s1 = [1,2,3]
print(hash(s1))

# 输出结果如下:
TypeError: unhashable type: 'list'  # 列表是不可hash的复制代码

2.1 初始化

说明:

  • set() -> new empty set object,新的空集合
  • set(iterable) -> new set object,元素必须可迭代
s = {}  # 注意这个是空字典,不是空集合
s1 = set()  # 空集合
s2 = set([1,2,3])  # 注意列表里面元素迭代出来的是整数,可hash
s3 = set("abcd")
print(s1)
print(s2)
print(s3)

# 输出结果如下:
set()
{1, 2, 3}
{'c', 'd', 'a', 'b'}复制代码

错误示例:

s = set([[1]]) # 列表套列表,迭代出来是列表,不可hash
print(s)

# 输出结果如下:
TypeError: unhashable type: 'list'复制代码

2.2 增加

  • s.add(element)

    说明:增加一个元素到集合,如果元素已经存在,则不操作。

s1 = set([1,2,3])
s1.add(4)
print(s1)

# 输出结果如下:
{1, 2, 3, 4}复制代码
  • s.update(*element))

    说明:合并一个或多个元素到集合中,元素必须可迭代(把迭代的元素并到集合),和后面讲的并集一样。

s1 = set([1,2,3])
s1.update((4,5,6),[7,8,9])
print(s1)

# 输出结果如下:
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}复制代码

2.3 删除

  • remove(element)

    说明:从集合中移除一个元素,如果元素不存在抛出'KeyError'错误。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
    s1.remove(6)
    print(s1)
    
    # 输出结果如下:
    {1, 2, 3, 4, 5}复制代码
  • discard(element)

    说明:也是从集合中移除一个元素,如果元素不存在不会报异常,啥都不做。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
    s1.discard(6)
    print(s1)
    
    # 输出结果如下:
    {1, 2, 3, 4, 5}复制代码
  • pop()

    说明:因为集合是无序的,所以是删除'任意'一个元素,如果是空集则抛出'KeyError'错误。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
    print(s1.pop())  # 随机的(因为无序)
    print(s1)
    
    # 输出结果如下:
    1
    {2, 3, 4, 5, 6}复制代码
  • clear()

    说明:删除所有元素,都不推荐使用的啦。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
    s1.clear()
    print(s1)
    
    # 输出结果如下:
    set()复制代码

2.4 遍历

说明:集合是个容器,是可以遍历的,但是效率都是O(n)。

s1 = {1,2,3}
for s in s1:
    print(s)
# 输出结果如下:
1
2
3复制代码

说到这里,你觉得集合set和列表list哪个遍历效率更高呢?

答案是set,因为set的元素是hash值作为key(下面讲的字典也是hash值),查询时间复杂度为O(1),而list是线性数据结构,时间复杂度是O(n)。

大家可以按照如下进行验证下,随着数据规模越来越大,很明显就可以看出哪个效率高。

2.5 并集&交集&差集&对称差集

  • 并集

    说明: 将多个集合的所有元素合并在一起组成新的集合。

    s1 = {1,2,3}
    s2 = {3,4,5}
    print(s1.union(s2))
    
    # 输出结果如下:
    {1, 2, 3, 4, 5}复制代码

    备注:还可以使用运算符 '|'、'update(element)'、'|='。

  • 交集

    说明: 取多个集合的共同(相交)元素

    s1 = {1,2,3}
    s2 = {3,4,5}
    print(s1.intersection(s2))
    
    # 输出结果如下:
    {3}复制代码

    备注:还可以使用'&'、's.intersection_update(element)'、'&='。

  • 差集

    说明:属于一个集合但不属于另一个集合的元素组成的集合。

    s1 = {1,2,3}
    s2 = {3,4,5}
    print(s1.difference(s2))
    
    # 输出结果如下:
    {1, 2}复制代码

    备注:还可以使用'-'、's.difference_update(element)'、'-='.

  • 对称差集

    说明:多个集合中,不属于交集元素组成的集合。

    s1 = {1,2,3}
    s2 = {3,4,5}
    print(s1.symmetric_difference(s2))
    
    # 输出结果如下:
    {1, 2, 4, 5}复制代码

    备注:还可以使用'^'、's1.symmetric_difference_update(s2)'、'^='.

3.字典

说明:字典是由任意个item(元素)组成的集合,item是由key:value对组成的二元组。

  • 字典是'可变的':支持增删改查;
  • 字典是'无序的':key存储是无序的,非线性数据结构(请不要让表面蒙蔽了你哈);
  • 字典是'key不重复':key是唯一的,且必须可'hash';

3.1 初始化

# 空字典
d1 = {}
d2 = dict()

# 示例:
d3 = dict(a=1,b=2,c=3)
d4 = dict(d3)
d5 = dict([('a',1),('b',2),('c',3)])  # 元素必须是可迭代的
d6 = {'a':1,'b':2,'c':3}

# 输出结果都是:
{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}复制代码

3.2 增删改查

  • 增加&修改元素

    1)通过'd[key] = value'方式:

    备注:如果key不存在,则新增,key存在则直接覆盖(修改元素)。

    # 增加 & 修改
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    d['d'] = 4 # 增加
    d['a'] = 11 # 修改
    print(d)
    
    # 输出结果如下:
    {'a': 11, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}复制代码

    2)通过d.update([E, ]**F) -> None

    # 增加 & 修改
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    d.update(d=4)
    print(d)
    
    # 输出结果如下:
    {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}复制代码
  • 删除元素

    1)d.pop()

    • key存在则移除,并返回对应value值。
    • key不存在,返回给定的缺省值,否则抛出KeyError。
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    print(d.pop('c',None))
    print(d)
    
    # 输出结果如下:
    3
    {'a': 1, 'b': 2}复制代码

    2)d.popitem()

    • 删除并返回一个任意的item(key:value)。
    • 如果是空字典,抛出KeyError。
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    print(d.popitem())
    print(d)
    
    # 输出结果如下:
    ('c', 3)
    {'a': 1, 'b': 2}复制代码

    3)d.clear()

    • 删除所有item,不推荐使用。
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    d.clear()
    print(d)复制代码
  • 查找元素

    • 通过key这个键就可以快速找到value值。
    • 时间复杂度是O(1),不会随着数据规模大而降低效率。

    正常访问元素:

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    print(d['a'])
    print(d.get('b'))
    
    # 输出结果如下:
    1
    2复制代码

    key不存在的处理方式:

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    print(d.get('d',None))  # 如果key不存在,缺省返回None
    print(d.setdefault('d',100))  # 如果key不存在,则新增key:value对
    print(d)
    
    # 输出结果如下:
    None
    100
    {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 100}复制代码

3.3 遍历

  • 遍历键:key

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    # 方法1:
    for k in d:  # 缺省是遍历key
        print(k)
    
    # 方法2:
    for k in d.keys():
        print(k)
    
    # 方法3:
    for k, _ in d.items():
        print(k)
    
    # 输出结果如下:
    a
    b
    c复制代码
  • 遍历值:value

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    # 方法1:
    for v in d.values():
        print(v)
    
    # 方法2:
    for k in d:
        # print(d[k])  # 也可以用
        print(d.get(k)) 
    
    # 方法3:
    for _, v in d.items():
        print(v)
    
    # 输出结果如下:
    1
    2
    3复制代码
  • 遍历item:key-value

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    for item in d.items():
        print(item)
    
    # 输出结果如下:
    ('a', 1)
    ('b', 2)
    ('c', 3)复制代码
  • 其他问题

    这种情况在遍历的时候,不能够删除元素,不能改变字典的size。

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    for k in d:
        print(d.pop(k))
    
    # 输出结果如下:
    RuntimeError: dictionary changed size during iteration复制代码

    优雅的删除方式:

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
    key_list = []
    for k in d:
        key_list.append(k)
    for k in key_list:
        print('已删除key:', d.pop(k))复制代码

    然并卵,想要清除,直接用clear()啦。

4.解析式和生成器表达式

4.1 列表解析式

语法

  • [ 返回值 for 元素 in 可迭代对象 if 条件 ]
  • 列表解析式用中括号'[ ]'表示
  • 返回一个新的列表

优点

  • 提高效率
  • 代码轻量
  • 可读性高

示例需求:请从给定区间中提取能够被2整除的元素。

大众普遍的写法:

list = []
for i in range(10):
    if i % 2 == 0:
        list.append(i)
print(list)

# 输出结果如下:
[0, 2, 4, 6, 8]复制代码

再来感受一下简单而优雅的写法:

print([i for i in range(10) if i % 2 == 0])

# 输出结果如下:
[0, 2, 4, 6, 8]复制代码

以上就是列表解析式,也叫列表推倒式。

4.2 生成器表达式

语法

  • ( 返回值 for 元素 in 可迭代对象 if 条件 )
  • 生成器表达式用中括号'( )'表示
  • 返回一个生成器对象(generator)

特点:

  • 按需计算,就是需要取值的时候才去计算(而列表解析式是一次性计算立即返回所有结果)
  • 前期并不怎么占用内存,最后取值多了就跟列表解析式一样;
  • 计算耗时极短,本身并不返回结果,返回的是生成器对象;

看下生成器对象是长什么样的(不要认为是元组解析式,哈哈):

x = (i for i in range(10) if i % 2 == 0)
print(type(x))
print(x)

# 输出结果如下:
<class 'generator'>  # 生成器
<generator object <genexpr> at 0x000001A143ACBA98> # 生成器对象复制代码

那生成器对象是如何计算得到结果:

import time
x = (i for i in range(10) if i % 2 == 0)
for i in range(6):  # 仅一次循环取值
    time.sleep(0.5)
    print(next(x))
 time.sleep(1)
print(next(x))  # for循环已经计算完所有结果了,不能取值,故抛出异常

# 输出结果如下:
0
2
4
6
8
StopIteration  # 已经超出可迭代范围,抛出异常复制代码

备注:生成器表达式只能迭代一次。

4.3 集合解析式

集合解析式和列表解析式语法类似,不做过多解析。

语法:

  • { 返回值 for 元素 in 可迭代对象 if 条件 }
  • 集合解析式用花括号'{ }'表示
  • 返回一个集合

示例:

print({i for i in range(10) if i % 2 == 0})

# 输出结果如下:
{0, 2, 4, 6, 8}复制代码

4.4 字典解析式

字典解析式和集合解析式语法类似,不做过多解析。

语法:

  • { key:value for 元素 in 可迭代对象 if 条件 }
  • 字典解析式用花括号'{ }'表示
  • 返回一个字典

示例:

print({i:(i+1) for i in range(10) if i % 2 == 0})

# 输出结果如下:
{0: 1, 2: 3, 4: 5, 6: 7, 8: 9}复制代码

总体来说,解析式写起来如果让人简单易懂、又高效,是非常推荐大家使用的。

但有的场景写起来很复杂,那还是得用for...in循环拆分来写。


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