Dict和Set类型

再议不可变对象

上面我们讲了，str是不变对象，而list是可变对象。
对于可变对象，比如list，对list进行操作，list内部的内容是会变化的，比如：

>>>
a = ['c',
'b',
'a']
>>>
a.sort()
>>>
a
['a',
'b',
'c']

而对于不可变对象，比如str，对str进行操作呢：

>>>
a = 'abc'
>>>
a.replace('a',
'A')
'Abc'
>>>
a
'abc'

虽然字符串有个replace()方法，也确实变出了'Abc'，但变量a最后仍是'abc'，应该怎么理解呢？
我们先把代码改成下面这样：

>>>
a = 'abc'
>>>
b = a.replace('a',
'A')
>>>
b
'Abc'
>>>
a
'abc'

要始终牢记的是，a是变量，而'abc'才是字符串对象！有些时候，我们经常说，对象a的内容是'abc'，但其实是指，a本身是一个变量，它指向的对象的内容才是'abc'：
当我们调用a.replace('a', 'A')时，实际上调用方法replace是作用在字符串对象'abc'上的，而这个方法虽然名字叫replace，但却没有改变字符串'abc'的内容。相反，replace方法创建了一个新字符串'Abc'并返回，如果我们用变量b指向该新字符串，就容易理解了，变量a仍指向原有的字符串'abc'，但变量b却指向新字符串'Abc'了：
所以，对于不变对象来说，调用对象自身的任意方法，也不会改变该对象自身的内容。相反，这些方法会创建新的对象并返回，这样，就保证了不可变对象本身永远是不可变的。
小结

使用key-value存储结构的dict在Python中非常有用，选择不可变对象作为key很重要，最常用的key是字符串。
tuple虽然是不变对象，但试试把(1, 2,3)和(1,[2,
3])放入dict或set中，并解释结果。
 

1什么是dict
我们已经知道，list
和 tuple
可以用来表示顺序集合，例如，班里同学的名字：

['Adam','Lisa', 'Bart']

或者考试的成绩列表：

[95, 85, 59]

但是，要根据名字找到对应的成绩，用两个 list
表示就不方便。
如果把名字和分数关联起来，组成类似的查找表：

'Adam' ==>95
'Lisa' ==>85
'Bart' ==>59

给定一个名字，就可以直接查到分数。
Python的 dict
就是专门干这件事的。用 dict 表示“名字”-“成绩”的查找表如下：

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

我们把名字称为key，对应的成绩称为value，dict就是通过 key来查找 value。
花括号 {} 表示这是一个dict，然后按照 key:
value, 写出来即可。最后一个 key: value
的逗号可以省略。
由于dict也是集合，len() 函数可以计算任意集合的大小：

>>>len(d)
3

注意: 一个
key-value 算一个，因此，dict大小为3。
 

2访问dict
我们已经能创建一个dict，用于表示名字和成绩的对应关系：

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

那么，如何根据名字来查找对应的成绩呢？
可以简单地使用 d[key] 的形式来查找对应的
value，这和 list
很像，不同之处是，list
必须使用索引返回对应的元素，而dict使用key：

>>>print d['Adam']
95
>>>print d['Paul']
Traceback (mostrecent call last):
  File "index.py", line 11, in<module>
    print d['Paul']
KeyError:'Paul'

注意: 通过key
访问 dict
的value，只要 key
存在，dict就返回对应的value。如果key不存在，会直接报错：KeyError。
要避免 KeyError
发生，有两个办法：
一是先判断一下 key
是否存在，用 in
操作符：

if 'Paul' in d:
    print d['Paul']

如果 'Paul'
不存在，if语句判断为False，自然不会执行 print d['Paul']
，从而避免了错误。
二是使用dict本身提供的一个 get
方法，在Key不存在的时候，返回None：

>>>print d.get('Bart')
59
>>>print d.get('Paul')
None

 

3dict的特点
dict的第一个特点是查找速度快，无论dict有10个元素还是10万个元素，查找速度都一样。而list的查找速度随着元素增加而逐渐下降。
不过dict的查找速度快不是没有代价的，dict的缺点是占用内存大，还会浪费很多内容，list正好相反，占用内存小，但是查找速度慢。
由于dict是按 key
查找，所以，在一个dict中，key不能重复。
dict的第二个特点就是存储的key-value序对是没有顺序的！这和list不一样：

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

当我们试图打印这个dict时：

>>>print d
{'Lisa': 85,'Adam': 95, 'Bart': 59}

打印的顺序不一定是我们创建时的顺序，而且，不同的机器打印的顺序都可能不同，这说明dict内部是无序的，不能用dict存储有序的集合。
dict的第三个特点是作为 key
的元素必须不可变，Python的基本类型如字符串、整数、浮点数都是不可变的，都可以作为
key。但是list是可变的，就不能作为 key。
可以试试用list作为key时会报什么样的错误。
不可变这个限制仅作用于key，value是否可变无所谓：

{
    '123': [1, 2, 3],
 # key 是 str，value是list
    123: '123', # key
是 int，value
是 str
    ('a', 'b'): True 
# key 是 tuple，并且tuple的每个元素都是不可变对象，value是
boolean
}

最常用的key还是字符串，因为用起来最方便。
 

4更新dict
dict是可变的，也就是说，我们可以随时往dict中添加新的
key-value。比如已有dict：

d = {
    'Adam': 95,
    'Lisa': 85,
    'Bart': 59
}

要把新同学'Paul'的成绩 72
加进去，用赋值语句：

>>>d['Paul'] = 72

再看看dict的内容：

>>>print d
{'Lisa': 85,'Paul': 72, 'Adam': 95, 'Bart': 59}

如果 key
已经存在，则赋值会用新的 value
替换掉原来的 value：

>>>d['Bart'] = 60
>>>print d
{'Lisa': 85,'Paul': 72, 'Adam': 95, 'Bart': 60}

 

5遍历dict
由于dict也是一个集合，所以，遍历dict和遍历list类似，都可以通过
for 循环实现。
直接使用for循环可以遍历 dict
的 key：

>>> d= { 'Adam': 95, 'Lisa': 85, 'Bart': 59 }
>>>for key in d:
...     print key
...

Lisa
Adam
Bart

由于通过 key
可以获取对应的 value，因此，在循环体内，可以获取到value的值。
 

6什么是set
dict的作用是建立一组 key
和一组 value
的映射关系，dict的key是不能重复的。
有的时候，我们只想要 dict
的 key，不关心 key
对应的 value，目的就是保证这个集合的元素不会重复，这时，set就派上用场了。
set
持有一系列元素，这一点和 list
很像，但是set的元素没有重复，而且是无序的，这点和 dict
的 key很像。
创建 set
的方式是调用 set()
并传入一个 list，list的元素将作为set的元素：

>>> s= set(['A', 'B', 'C'])

可以查看 set
的内容：

>>>print s
set(['A', 'C','B'])

请注意，上述打印的形式类似 list，但它不是
list，仔细看还可以发现，打印的顺序和原始 list
的顺序有可能是不同的，因为set内部存储的元素是无序的。
因为set不能包含重复的元素，所以，当我们传入包含重复元素的
list 会怎么样呢？

>>> s= set(['A', 'B', 'C', 'C'])
>>>print s
set(['A', 'C','B'])
>>>len(s)
3

结果显示，set会自动去掉重复的元素，原来的list有4个元素，但set只有3个元素。
 

7访问set
由于set存储的是无序集合，所以我们没法通过索引来访问。
访问 set中的某个元素实际上就是判断一个元素是否在set中。
例如，存储了班里同学名字的set：

>>> s= set(['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul'])

我们可以用
in 操作符判断：
Bart是该班的同学吗？

>>>'Bart' in s
True

Bill是该班的同学吗？

>>>'Bill' in s
False

bart是该班的同学吗？

>>>'bart' in s
False

看来大小写很重要，'Bart'
和 'bart'被认为是两个不同的元素
 

8 set的特点
set的内部结构和dict很像，唯一区别是不存储value，因此，判断一个元素是否在set中速度很快。
set存储的元素和dict的key类似，必须是不变对象，因此，任何可变对象是不能放入set中的。
最后，set存储的元素也是没有顺序的。
set的这些特点，可以应用在哪些地方呢？
星期一到星期日可以用字符串'MON', 'TUE', ... 'SUN'表示。
假设我们让用户输入星期一至星期日的某天，如何判断用户的输入是否是一个有效的星期呢？
可以用 if
语句判断，但这样做非常繁琐：

x = '???'
# 用户输入的字符串
if x!= 'MON' and x!= 'TUE' and x!= 'WED' ... and x!= 'SUN':
    print 'input error'
else:
    print 'input ok'

注意：if
语句中的...表示没有列出的其它星期名称，测试时，请输入完整。
如果事先创建好一个set，包含'MON' ~ 'SUN'：

weekdays =set(['MON', 'TUE', 'WED', 'THU', 'FRI', 'SAT', 'SUN'])

再判断输入是否有效，只需要判断该字符串是否在set中：

x = '???'
# 用户输入的字符串
if x
in weekdays:
    print 'input ok'
else:
    print 'input error'

这样一来，代码就简单多了。
 

9遍历set
由于 set
也是一个集合，所以，遍历 set
和遍历 list
类似，都可以通过 for
循环实现。
直接使用 for
循环可以遍历 set
的元素：

>>> s= set(['Adam', 'Lisa', 'Bart'])
>>>
for name
in s:
...     print name
...

Lisa
Adam
Bart

注意: 观察 for
循环在遍历set时，元素的顺序和list的顺序很可能是不同的，而且不同的机器上运行的结果也可能不同。
 

8 更新set
由于set存储的是一组不重复的无序元素，因此，更新set主要做两件事：
一是把新的元素添加到set中，二是把已有元素从set中删除。
添加元素时，用set的add()方法：

>>> s= set([1, 2, 3])
>>>s.add(4)
>>> prints
set([1, 2, 3,4])

如果添加的元素已经存在于set中，add()不会报错，但是不会加进去了：

>>> s= set([1, 2, 3])
>>>s.add(3)
>>>print s
set([1, 2, 3])

删除set中的元素时，用set的remove()方法：

>>> s= set([1, 2, 3, 4])
>>>s.remove(4)
>>>print s
set([1, 2, 3])

如果删除的元素不存在set中，remove()会报错：

>>> s= set([1, 2, 3])
>>>s.remove(4)
Traceback (mostrecent call last):
  File "<stdin>", line 1, in<module>
KeyError: 4

所以用add()可以直接添加，而remove()前需要判断。