Python哈希表和解析式

来源:https://www.cnblogs.com/singvis/archive/2020/05/14/12886000.html
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[TOC] 哈嘍，大家好！距離上一篇文章近1個半月了，不是我拖呀~，剛好這個月遇到了工作調整，再加上要照顧10個月的孩子，實屬不易，所以就這麼長時間沒來更新了。這不，我每天碼一點點，'滴水成河'，努力完成了這篇文章。 1. 封裝和解構 1.1 封裝 說明： 等號(=)右邊有多個數值僅通過逗號分割，就 ...


[TOC]

哈嘍，大家好！距離上一篇文章近1個半月了，不是我拖呀~，剛好這個月遇到了工作調整，再加上要照顧10個月的孩子，實屬不易，所以就這麼長時間沒來更新了。這不，我每天碼一點點，'滴水成河'，努力完成了這篇文章。

1. 封裝和解構

1.1 封裝

說明： 等號(=)右邊有多個數值僅通過逗號分割，就會封裝到一個元組，稱為封裝packing。

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

# 輸出結果如下：
<class 'tuple'> (1,)
<class 'tuple'> (1, 2)

備註： 如果右邊只有一個數值且沒有用逗號，其實是一個整數類型，請留意。另外等號右邊一定先運行，再賦值給左邊。

1.2 解構

說明： 等號(=)右邊容器類型的元素與左邊通過逗號分割的變數要一 一對應，稱為解構unpacking。

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

# 輸出結果如下：
1
2

*備註：*右邊的容器可以是元組、列表、字典、集合等，必須是可迭代對象。

錯誤示範：

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

# 輸出結果如下：
ValueError: too many values to unpack (expected 2)

*說明：*左、右兩邊個數一定要一致，不然會拋出'ValueError'錯誤。

剩餘變數解構

*說明：*python3引入了剩餘變數解構(rest)，'儘可能'收集剩下的數據組成一個列表。

x, *rest = [1,2,3,4,5,6]
print(type(x), x)
print(type(rest), rest)  # 剩餘沒有賦值的就是rest的了

# 輸出結果如下：
<class 'int'> 1
<class 'list'> [2, 3, 4, 5, 6]

*rest, y = [1,2,3,4,5,6]
print(type(rest), rest)
print(type(y), y)

# 輸出結果如下：
<class 'list'> [1, 2, 3, 4, 5]
<class 'int'> 6

錯誤示例：

  • 不能單獨使用

    *說明：*等號左邊只有一個標識符，無法解構。

    *rest = [1,2,3,4,5,6]
print(rest)

# 輸出結果如下：
#語法錯誤
SyntaxError: starred assignment target must be in a list or tuple

  • 不能多次同時使用

    x, *rest1, *rest2, y = [1,2,3,4,5,6]
print(rest1)
print(rest2)

# 輸出結果如下：
#語法錯誤，其中一個rest就把剩餘元素拿走了，另外一個rest怎麼拿？
SyntaxError: two starred expressions in assignment

另外一種丟棄變數下劃線：'_'

說明： '_'是合法的標識符，大多場景表示不關心該值。

x, *_, y = [1,2,3,4,5,6]
print(x)
print(_)
print(y)
# 輸出結果如下：
1
[2, 3, 4, 5]
6

_, *rest, _ = [1,2,3,4,5,6]
print(_)  # '_'是上一次輸出值
print(rest)
# 輸出結果如下：
6
[2, 3, 4, 5]

2. 集合Set

*說明：*集合是'可變的、無序的、不重覆'的元素集合。

成為集合元素是有條件的：'元素必須可hash、可迭代'

可哈希對象如下(不可變)：

  • 數值型：int(整數)、float(浮點)、complex(複數)
  • 布爾型：True(是)、False(否)
  • 字元串：string(字元串)、bytes(位元組)
  • tuple(元組)
  • None(空)

可以通過內置hash函數判斷是否可hash：

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

# 輸出結果如下：
TypeError: unhashable type: 'list'  # 列表是不可hash的

2.1 初始化

說明：

  • set() → new empty set object，新的空集合
  • set(iterable) → new set object，元素必須可迭代
s = {}  # 註意這個是空字典，不是空集合
s1 = set()  # 空集合
s2 = set([1,2,3])  # 註意列表裡面元素迭代出來的是整數，可hash
s3 = set("abcd")
print(s1)
print(s2)
print(s3)

# 輸出結果如下：
set()
{1, 2, 3}
{'c', 'd', 'a', 'b'}

錯誤示例：

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

# 輸出結果如下：
TypeError: unhashable type: 'list'

2.2 增加

  • s.add(element)

    *說明：*增加一個元素到集合，如果元素已經存在，則不操作。

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

# 輸出結果如下：
{1, 2, 3, 4}

  • s.update(*element))

    *說明：*合併一個或多個元素到集合中，元素必須可迭代(把迭代的元素併到集合)，和後面講的並集一樣。

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

# 輸出結果如下：
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

2.3 刪除

  • remove(element)

    *說明：*從集合中移除一個元素，如果元素不存在拋出'KeyError'錯誤。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
s1.remove(6)
print(s1)

# 輸出結果如下：
{1, 2, 3, 4, 5}

  • discard(element)

    *說明：*也是從集合中移除一個元素，如果元素不存在不會報異常，啥都不做。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
s1.discard(6)
print(s1)

# 輸出結果如下：
{1, 2, 3, 4, 5}

  • pop()

    *說明：*因為集合是無序的，所以是刪除'任意'一個元素，如果是空集則拋出'KeyError'錯誤。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
print(s1.pop())  # 隨機的(因為無序)
print(s1)

# 輸出結果如下：
1
{2, 3, 4, 5, 6}

  • clear()

    *說明：*刪除所有元素，都不推薦使用的啦。

    s1 = {1,2,3,4,5,6}
s1.clear()
print(s1)

# 輸出結果如下：
set()

2.4 遍歷

*說明：*集合是個容器，是可以遍歷的，但是效率都是O(n)。

s1 = {1,2,3}
for s in s1:
    print(s)
# 輸出結果如下：
1
2
3

說到這裡，你覺得集合set和列表list哪個遍歷效率更高呢？

答案是set，因為set的元素是hash值作為key(下麵講的字典也是hash值)，查詢時間複雜度為O(1)，而list是線性數據結構，時間複雜度是O(n)。

大家可以按照如下進行驗證下，隨著數據規模越來越大，很明顯就可以看出哪個效率高。

2.5 並集&交集&差集&對稱差集

  • 並集

    說明： 將多個集合的所有元素合併在一起組成新的集合。

    s1 = {1,2,3}
s2 = {3,4,5}
print(s1.union(s2))

# 輸出結果如下：
{1, 2, 3, 4, 5}

    備註：還可以使用運算符 '|'、'update(element)'、'|='。

  • 交集

    說明： 取多個集合的共同(相交)元素

    s1 = {1,2,3}
s2 = {3,4,5}
print(s1.intersection(s2))

# 輸出結果如下：
{3}

    備註：還可以使用'&'、's.intersection_update(element)'、'&='。

  • 差集

    *說明：*屬於一個集合但不屬於另一個集合的元素組成的集合。

    s1 = {1,2,3}
s2 = {3,4,5}
print(s1.difference(s2))

# 輸出結果如下：
{1, 2}

    備註：還可以使用'-'、's.difference_update(element)'、'-='.

  • 對稱差集

    *說明：*多個集合中，不屬於交集元素組成的集合。

    s1 = {1,2,3}
s2 = {3,4,5}
print(s1.symmetric_difference(s2))

# 輸出結果如下：
{1, 2, 4, 5}

    備註：還可以使用''、's1.symmetric_difference_update(s2)'、'='.

3.字典

*說明：*字典是由任意個item(元素)組成的集合，item是由key:value對組成的二元組。

  • 字典是'可變的'：支持增刪改查；
  • 字典是'無序的'：key存儲是無序的，非線性數據結構(請不要讓錶面矇蔽了你哈)；
  • 字典是'key不重覆'：key是唯一的，且必須可'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)])  # 元素必須是可迭代的
d6 = {'a':1,'b':2,'c':3}

# 輸出結果都是：
{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

3.2 增刪改查

  • 增加&修改元素

    1）通過'd[key] = value'方式：

    備註：如果key不存在，則新增，key存在則直接覆蓋(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)

# 輸出結果如下：
{'a': 11, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

    2）通過d.update([E, ]**F) → None

    # 增加 & 修改
d = {'a':1,'b':2,'c':3}
d.update(d=4)
print(d)

# 輸出結果如下：
{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

  • 刪除元素

    1）d.pop()

    • key存在則移除，並返回對應value值。
    • key不存在，返回給定的預設值，否則拋出KeyError。
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
print(d.pop('c',None))
print(d)

# 輸出結果如下：
3
{'a': 1, 'b': 2}

    2）d.popitem()

    • 刪除並返回一個任意的item(key:value)。
    • 如果是空字典，拋出KeyError。
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
print(d.popitem())
print(d)

# 輸出結果如下：
('c', 3)
{'a': 1, 'b': 2}

    3）d.clear()

    • 刪除所有item,不推薦使用。
    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
d.clear()
print(d)

  • 查找元素

    • 通過key這個鍵就可以快速找到value值。
    • 時間複雜度是O(1)，不會隨著數據規模大而降低效率。

    正常訪問元素：

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
print(d['a'])
print(d.get('b'))

# 輸出結果如下：
1
2

    key不存在的處理方式：

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
print(d.get('d',None))  # 如果key不存在，預設返回None
print(d.setdefault('d',100))  # 如果key不存在，則新增key:value對
print(d)

# 輸出結果如下：
None
100
{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 100}

3.3 遍歷

  • 遍歷鍵：key

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
# 方法1：
for k in d:  # 預設是遍歷key
    print(k)

# 方法2：
for k in d.keys():
    print(k)

# 方法3：
for k, _ in d.items():
    print(k)

# 輸出結果如下：
a
b
c

  • 遍歷值：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)

# 輸出結果如下：
1
2
3

  • 遍歷item：key-value

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
for item in d.items():
    print(item)

# 輸出結果如下：
('a', 1)
('b', 2)
('c', 3)

  • 其他問題

    這種情況在遍歷的時候，不能夠刪除元素，不能改變字典的size。

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
for k in d:
    print(d.pop(k))

# 輸出結果如下：
RuntimeError: dictionary changed size during iteration

    優雅的刪除方式：

    d = {'a':1,'b':2,'c':3}
key_list = []
for k in d:
    key_list.append(k)
for k in key_list:
    print('已刪除key:', d.pop(k))

    然並卵，想要清除，直接用clear()啦。

4.解析式和生成器表達式

4.1 列表解析式

語法

  • [ 返回值 for 元素 in 可迭代對象 if 條件 ]
  • 列表解析式用中括弧''表示
  • 返回一個新的列表

優點

  • 提高效率
  • 代碼輕量
  • 可讀性高

示例需求：請從給定區間中提取能夠被2整除的元素。

大眾普遍的寫法：

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

# 輸出結果如下：
[0, 2, 4, 6, 8]

再來感受一下簡單而優雅的寫法：

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

# 輸出結果如下：
[0, 2, 4, 6, 8]

以上就是列表解析式，也叫列表推倒式。

4.2 生成器表達式

語法

  • ( 返回值 for 元素 in 可迭代對象 if 條件 )
  • 生成器表達式用中括弧'( )'表示
  • 返回一個生成器對象(generator)

特點：

  • 按需計算，就是需要取值的時候才去計算（而列表解析式是一次性計算立即返回所有結果）
  • 前期並不怎麼占用記憶體，最後取值多了就跟列表解析式一樣；
  • 計算耗時極短，本身並不返回結果，返回的是生成器對象；

看下生成器對象是長什麼樣的（不要認為是元組解析式，哈哈）：

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

# 輸出結果如下：
<class 'generator'>  # 生成器
<generator object <genexpr> at 0x000001A143ACBA98> # 生成器對象

那生成器對象是如何計算得到結果：

import time
x = (i for i in range(10) if i % 2 == 0)
for i in range(6):  # 僅一次迴圈取值
    time.sleep(0.5)
    print(next(x))
 time.sleep(1)
print(next(x))  # for迴圈已經計算完所有結果了，不能取值，故拋出異常

# 輸出結果如下：
0
2
4
6
8
StopIteration  # 已經超出可迭代範圍，拋出異常

備註：生成器表達式只能迭代一次。

4.3 集合解析式

集合解析式和列表解析式語法類似，不做過多解析。

語法：

  • { 返回值 for 元素 in 可迭代對象 if 條件 }
  • 集合解析式用花括弧''表示
  • 返回一個集合

示例：

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

# 輸出結果如下：
{0, 2, 4, 6, 8}

4.4 字典解析式

字典解析式和集合解析式語法類似，不做過多解析。

語法：

  • { key:value for 元素 in 可迭代對象 if 條件 }
  • 字典解析式用花括弧''表示
  • 返回一個字典

示例：

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

# 輸出結果如下：
{0: 1, 2: 3, 4: 5, 6: 7, 8: 9}

總體來說，解析式寫起來如果讓人簡單易懂、又高效，是非常推薦大家使用的。

但有的場景寫起來很複雜，那還是得用for...in迴圈拆分來寫。

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