今天主要講解上次未完成的內建資料結構-字典。小白這幾天比較忙，忙的忘記了健身及寫作，特發此文以作補償。

Python字典簡介

Python內建了字典：dict的支援，dict全稱dictionary，在其他語言中也稱為map，使用鍵-值（key-value）儲存，具有極快的查詢速度。

這種key-value儲存方式，在放進去的時候，必須根據key算出value的存放位置，這樣，取的時候才能根據key直接拿到value。

請務必注意，dict內部存放的順序和key放入的順序是沒有關係的。

和list比較，dict有以下幾個特點：

1. 查詢和插入的速度極快，不會隨著key的增加而增加；
2. 需要佔用大量的記憶體，記憶體浪費多。

而list相反：

1. 查詢和插入的時間隨著元素的增加而增加；
2. 佔用空間小，浪費記憶體很少。

所以，dict是用空間來換取時間的一種方法。

字典的定義及初始化，

d = {}
d = dict()
d = {'a': 1, 'b': 2}
d = dict([('a', 1), ('b', 2)]) # 可迭代物件的元素必須是一個二元組，二元組的第0個元素為字典的key，第1個元素為字典的value
d = dict.fromkeys(range(5)) # 傳入的可迭代元素為key，值為None
d = dict.fromkeys(range(5), 'abc') # 傳入的可迭代元素為key，值為abc
 

dict可以用在需要高速查詢的很多地方，在Python程式碼中幾乎無處不在，正確使用dict非常重要，需要牢記的第一條就是dict的key必須是不可變物件。這是因為dict根據key來計算value的儲存位置，如果每次計算相同的key得到的結果不同，那dict內部就完全混亂了。這個通過key計算位置的演算法稱為雜湊演算法（Hash）。

要保證hash的正確性，作為key的物件就不能變。在Python中，字串、整數等都是不可變的，因此，可以放心地作為key。而list是可變的，就不能作為key：

In[1]: d = {}
In[2]: key = [1, 2, 3]
In[3]: d[key] = 'a list'
----------------------------------------------------------------------
TypeError                                Traceback (most recent call last)
TypeError: unhashable type: 'list'
 

字典常用方法

首先總結一下有哪些常用的方法：

• 增加：update
• 刪除：pop, popitem, clear
• 修改：update
• 查詢：get
• 其他：keys, values, items, fromkeys

字典增加或修改

update方法會修改或增加字典內容。如有下一個字典:

In[12]: dict01 = {'laven': 23, 'taoqi': 20}
In[13]: dict01
Out[13]: {'laven': 23, 'taoqi': 20}
# 使用update增加一個key-value
In[14]: dict01.update(a=123)
In[15]: dict01
Out[15]: {'a': 123, 'laven': 23, 'taoqi': 20}

當然，我們直接使用dict01['a'] = 123也是可以的，只不過我們這裡介紹的是字典的update方法。接下來看看update方法的修改作用:

In[15]: dict01
Out[15]: {'a': 123, 'laven': 23, 'taoqi': 20}

In[16]: dict01.update(laven=21)

In[17]: dict01

Out[17]: {'a': 123, 'laven': 21, 'taoqi': 20}

update方法也可以接收一個二元組列表作為其引數來增加字典:

In[17]: dict01
Out[17]: {'a': 123, 'laven': 21, 'taoqi': 20}

In[18]: dict01.update([('b', 456), ('c', 789)])

In[19]: dict01

Out[19]: {'a': 123, 'b': 456, 'c': 789, 'laven': 21, 'taoqi': 20}

update的引數也可以是一個字典，不過這種形式用的比較少，還是舉個例子吧:

In[20]: dict01
Out[20]: {'a': 123, 'b': 456, 'c': 789, 'laven': 21, 'taoqi': 20}
In[21]: dict01.update({'d': 987, 'e': 654})
In[22]: dict01
Out[22]: {'a': 123, 'b': 456, 'c': 789, 'd': 987, 'e': 654, 'laven': 21, 'taoqi': 20}

總結一下update的用法，它的引數的幾種情況:

• 可以是字典
• 可以是由二元組構成的可迭代物件
• 關鍵字引數

字典刪除

刪除字典有三種形式:

1. pop 刪除指定的key，返回該key的value
2. popitem 隨機刪除，返回隨機刪除的一個kv二元組
3. clear 清空字典

接下來看例子:

In[23]: dict01 = {'laven': 23, 'taoqi': 20}
# pop一個存在的key
In[24]: dict01.pop('laven')
Out[24]: 23
# pop一個不存在的key呢？

In[25]: dict01.pop('lavenliu')
---------------------------------------------------------------------------

KeyError                                  Traceback (most recent call last)<ipython-input-25-a346227feeaa> in <module>()----> 1 dict01.pop('lavenliu')
KeyError: 'lavenliu'

如果pop一個不存在的key，為了不讓出現KeyError異常，我們可以為其設定一個預設值，如下:

In[26]: dict01.pop('lavenliu', 'not exist')
Out[26]: 'not exist'

接下來看看popitem方法:

In[27]: dict01

Out[27]: {'taoqi': 20}
In[28]: dict01['laven'] = 23
In[29]: dict01
Out[29]: {'laven': 23, 'taoqi': 20}
In[30]: dict01.popitem()
Out[30]: ('laven', 23) # 隨機返回一個二元組
In[31]: dict01
Out[31]: {'taoqi': 20}

如果是空字典呢？我們還能否進行popitem方法呢？大家可以試試看。

最後看看字典的clear方法:

In[34]: dict01 = {'laven': 23, 'taoqi': 20}
In[35]: dict01.clear()
In[36]: dict01
Out[36]: {}

如果空字典再次執行clear方法會怎樣呢？大家可以試試看。

字典查詢

字典查詢也可以叫做字典的訪問，如果我們知道字典有哪些key，直接進行訪問就可以了。如下示例:

In[38]: dict01 = {'laven': 23, 'taoqi': 20}
In[39]: dict01['taoqi']
Out[39]: 20
In[40]: dict01['laven']
Out[40]: 23

我們使用get方法試試呢？

In[41]: dict01.get('laven')
Out[41]: 23
# 訪問一個不存在的key呢
In[42]: dict01.get('lavenliu')# 發現什麼都沒有返回，我們可以給get方法一個預設值，
In[46]: dict01.get('lavenliu', -1)
Out[46]: -1
# 當對存在的key進行get時，返回的還是相應的value
In[47]: dict01.get('laven', -1)
Out[47]: 23

字典其他方法

字典的其他方法:

• keys 返回所有的key
• values 返回所有的value
• items 返回一個二元組列表
• fromkeys 可以批量建立字典的key-value

下面分別演示:

# keys方法演示
In[50]: dict01 = {'laven': 23, 'taoqi': 20}
In[51]: dict01.keys()
Out[51]: dict_keys(['laven', 'taoqi'])

# values方法演示
In[52]: dict01.values()
Out[52]: dict_values([23, 20])

# items方法演示
In[53]: dict01.items()
Out[53]: dict_items([('laven', 23), ('taoqi', 20)])

# fromkeys方法演示
In[54]: dict02 = {}
In[55]: dict02 = dict.fromkeys(range(5)) # 傳入的可迭代元素為keys
In[56]: dict02
Out[56]: {0: None, 1: None, 2: None, 3: None, 4: None}
In[57]: dict02 = dict.fromkeys(range(5), 'not none') # 還可以給一個預設值
In[58]: dict02
Out[58]: {0: 'not none', 1: 'not none', 2: 'not none', 3: 'not none', 4: 'not none'}

字典的遍歷

字典的遍歷很簡單:

In[48]: dict01
Out[48]: {'laven': 23, 'taoqi': 20}
In[49]: for k, v in dict01.items():
    ...:     print(k, '=>', v)
    ...:     
laven => 23
taoqi => 20

In[63]: for k in dict01.keys():
    ...:     print(k, "=>", dict01[k])
    ...:     
laven => 23
taoqi => 20

keys、 values、items返回的都是生成器，它並不會複製一份記憶體。而Python2對應的方法返回的是列表，會複製一份。

還有一個不常用的方法叫做enumerate，它返回的是key的所以及相應的key。示例如下:

In[64]: for idx, k in enumerate(dict01):
    ...:     print(idx, "=>", k)
    ...:     
0 => laven
1 => taoqi

# 還可以這樣使用
In[65]: for i, (k, v) in enumerate(dict01.items()):
    ...:     print(i, k, "=>", v)
    ...:     
0 laven => 23
1 taoqi => 20

根據value找其對應的key:

In[88]: d = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
In[89]: d.update(c=123)
In[90]: d
Out[90]: {'a': 1, 'b': 2, 'c': 123}
In[91]: for k, v in d.items():
    ...:     if v == 123:
    ...:         print(k)
    ...:         break
    ...:     
c

字典排序

由於字典是散列表，沒有順序，適合插入、查詢等操作。另外字典的key不一定是字串，但一定是不可變物件。

字典排序我們使用內建的sorted函式:

In[107]: dict01
Out[107]: {'laven': 23, 'taoqi': 20}

In[108]: sorted(dict01.items(), key=lambda d: d[1], reverse=True)
Out[108]: [('laven', 23), ('taoqi', 20)]

In[109]: sorted(dict01.items(), key=lambda d: d[1], reverse=False)
Out[109]: [('taoqi', 20), ('laven', 23)]

預設字典

default初始化的時候，需要傳入一個函式，這個函式也叫工廠函式。當我們使用下標訪問一個key的時候，如果這個key不存在，defaultdict會自動呼叫初始化時傳入的函式，生成一個物件作為這個key的value。一個預設字典的例子，我們來構造一個多值的字典:

In[79]: from collections import defaultdict
# 常規方法
In[80]: d = {}
In[81]: for k in range(10):
    ...:     for v in range(10):
    ...:         if k not in d.keys():
    ...:             d[k] = []
    ...:         d[k].append(v)
    ...:         
In[82]: d
Out[82]: {0: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          1: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          2: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          3: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          4: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          5: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          6: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          7: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          8: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
          9: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]}

# 使用預設字典的方法

In[83]: d = defaultdict(list)
In[84]: d
Out[84]: defaultdict(list, {})
In[85]: print(d)defaultdict(<class 'list'>, {})
In[86]: for k in range(10):
    ...:     for v in range(10):
    ...:         d[k].append(v)
    ...:         
In[87]: d
Out[87]: defaultdict(list,
            {0: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             1: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             2: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             3: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             4: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             5: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             6: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             7: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             8: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
             9: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]})

有序字典

在絕大多數的程式語言中，字典都是無序的。在Python中，字典也是無序的。但標準庫提供了有序字典的庫，我們可以建立有序字典。但是有序字典比常規的字典要佔用多一倍的記憶體空間。

示例如下：

In[4]: from collections import OrderedDict

In[5]: od = OrderedDict()

In[6]: od['a'] = 1
In[7]: od['b'] = 2
In[8]: od['c'] = 3
In[9]: od.keys()
Out[9]: odict_keys(['a', 'b', 'c'])
In[10]: for k, v in od.items()
:...:          print(k, '->', v)
...: 
a -> 1
b -> 2
c -> 3

字典的限制

• 字典的key不能重複；
• 字典的key需要可hash。

總結

今天，我們講解了字典的絕大部分的知識點。當然了Python字典的實現這裡就不講解了，可以作為拓展內容自己進行學習瞭解。這裡只是提一下，Python字典的實現主要有:“拉鍊法”和“開地址法”。