概述

在深入研究數(shù)據(jù)科學(xué)和模型構(gòu)建之前，Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)需要學(xué)習(xí)的關(guān)鍵內(nèi)容

了解Python提供的不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括列表、元組等

介紹

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聽起來是一個(gè)非常直截了當(dāng)?shù)脑掝}，但許多數(shù)據(jù)科學(xué)和分析的新手并不知道它是什么，當(dāng)我詢問這些人關(guān)于Python中不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它們是如何工作的時(shí)，他們一片空白。

Python是一種很容易學(xué)習(xí)的編程語(yǔ)言，但是我們需要先弄清楚我們的基本知識(shí)，然后再深入研究有吸引力的機(jī)器學(xué)習(xí)。這是因?yàn)樵谖覀儓?zhí)行的每一個(gè)數(shù)據(jù)探索任務(wù)背后，甚至我們采取的分析步驟背后，都有一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和組織的基本元素。

而且這是一個(gè)無需考慮的問題——當(dāng)我們高效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，提取信息會(huì)變得非常容易，由于我們的代碼運(yùn)行得更快，我們節(jié)省了大量的時(shí)間——誰不希望這樣呢？

所以我希望你掌握Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在本文中，我們將探討Python中的基本內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)你在現(xiàn)實(shí)世界中處理數(shù)據(jù)時(shí)，這些結(jié)構(gòu)將非常有用。所以無論你是數(shù)據(jù)科學(xué)家還是分析師，這篇文章對(duì)你來說都同樣重要。

目錄

Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1：Python中的列表

創(chuàng)建列表

訪問列表元素

在列表中追加值

從列表中刪除元素

排序列表

串聯(lián)列表

列表推導(dǎo)式

使用列表堆棧和隊(duì)列

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2：Python中的元組

在Python中創(chuàng)建元組

元組的不變性

元組賦值

更改元組值

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3：Python中的字典

生成字典

訪問鍵和值

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4：Python中的集合

從集合中添加和刪除元素

集合的操作

Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是高效存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)的一種方法，它允許你輕松訪問和執(zhí)行數(shù)據(jù)操作。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，沒有一種適合所有類型的模型。你將需要以不同的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以滿足一時(shí)需要。也許你想把所有類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，或者你想要一些更快的數(shù)據(jù)搜索，或者一些只存儲(chǔ)不同數(shù)據(jù)項(xiàng)的東西。

幸運(yùn)的是，Python有許多內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以幫助我們輕松地組織數(shù)據(jù)，因此有必要先了解這些，以便我們?cè)谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，確切地知道哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將有效地解決我們的目的。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1：Python中的列表

Python中的列表是最通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們用于存儲(chǔ)異構(gòu)數(shù)據(jù)項(xiàng)，從整數(shù)到字符串，甚至是另一個(gè)列表！它們也是可變的，這意味著即使在創(chuàng)建列表之后，它們的元素也可以更改。

創(chuàng)建列表

列表是通過將元素括在［］內(nèi)創(chuàng)建的，每個(gè)項(xiàng)用逗號(hào)分隔：

由于列表中的每個(gè)元素都有自己不同的位置，因此在列表中具有重復(fù)的值不是問題：

訪問列表元素

我們使用索引來訪問列表的元素。列表中的每個(gè)元素都有一個(gè)與其相關(guān)的索引，這取決于它在列表中的位置。列表的第一個(gè)元素有索引0，下一個(gè)元素有索引1，依此類推。列表的最后一個(gè)元素的索引小于列表的長(zhǎng)度。

但索引不一定總是正的，也可能是負(fù)的。你認(rèn)為負(fù)索引意味著什么？

正索引從列表起始位置開始計(jì)數(shù)，而負(fù)索引從列表末尾開始計(jì)數(shù)。如果我們想從列表的末尾返回第n個(gè)元素，這就避免了我們必須執(zhí)行的瑣碎計(jì)算。因此，對(duì)于列表的最后一項(xiàng)，我們不需要返回List＿name［len（List＿name）－1］ 元素，只需編寫List＿name［－1］。

使用負(fù)索引，我們可以輕松地返回列表末尾的第n個(gè)元素。如果我們想從結(jié)尾返回第一個(gè)元素，或者最后一個(gè)索引，那么關(guān)聯(lián)的索引是－1。類似地，倒數(shù)第二個(gè)元素的索引將是－2，依此類推。記住，第0個(gè)索引仍然引用列表中的第一個(gè)元素。

但是如果我們想返回列表中兩個(gè)位置之間的一系列元素呢？這叫做切片。我們要做的就是指定開始和結(jié)束索引，例如List＿name［start ： end］。

這里要記住的一件重要的事情是，結(jié)束索引處的元素永遠(yuǎn)不包含在內(nèi)，只返回從開start索引到等于end－1索引的元素。

在列表中追加值

我們可以使用＊＊append（）＊＊或 insert（） 方法向現(xiàn)有列表中添加新元素：

append（），在列表末尾添加一個(gè)元素

insert（），在指定的特定位置將元素添加到列表

從列表中刪除元素

從列表中刪除元素與添加元素一樣簡(jiǎn)單，可以使用＊＊remove（）或pop（）＊＊方法完成：

remove（）–從列表中刪除與給定值匹配的第一個(gè)匹配項(xiàng)

pop（）–當(dāng)我們要從列表中移除指定索引處的元素時(shí)使用。但是如果我們不提供索引值，最后一個(gè)元素將從列表中刪除

排序列表

大多數(shù)情況下，你將使用列表對(duì)元素進(jìn)行排序。因此了解＊＊sort（）＊＊方法非常重要。它允許你按升序或降序?qū)α斜碓�素進(jìn)行就地排序：

但是當(dāng)你想要對(duì)包含字符串元素的列表進(jìn)行排序時(shí)，事情就變得有點(diǎn)棘手了。你如何比較兩個(gè)字符串？好吧，字符串值是使用字符串中字符的ASCII值排序的，字符串中的每個(gè)字符都有一個(gè)與其關(guān)聯(lián)的整數(shù)值，我們使用這些值對(duì)字符串進(jìn)行排序。

在比較兩個(gè)字符串時(shí)，我們只是從一開始比較每個(gè)字符的整數(shù)值。如果在兩個(gè)字符串中遇到相同的字符，我們只需比較下一個(gè)字符，直到找到兩個(gè)不同的字符。當(dāng)然這是內(nèi)部完成的，所以你不必?fù)?dān)心！

合并列表

我們甚至可以通過簡(jiǎn)單地使用＋符號(hào)連接兩個(gè)或多個(gè)列表，這會(huì)返回一個(gè)新列表，其中包含兩個(gè)列表中的元素：

列表推導(dǎo)式

列表的一個(gè)非常有趣的應(yīng)用是列表推導(dǎo)式，它提供了一種創(chuàng)建新列表的簡(jiǎn)潔方法。這些新列表是通過對(duì)現(xiàn)有列表的每個(gè)元素應(yīng)用操作創(chuàng)建的。如果我們首先檢查一下如何使用舊的for循環(huán)來完成它：

現(xiàn)在，我們將看到如何使用列表理解簡(jiǎn)潔地執(zhí)行此操作：

看到區(qū)別了嗎？列表推導(dǎo)式對(duì)于任何數(shù)據(jù)科學(xué)家來說都是一項(xiàng)有用的語(yǔ)法，因?yàn)槟憧梢钥吹胶途帉懞?jiǎn)明易讀的代碼！

堆棧和隊(duì)列

列表是Python中內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但我們可以使用它來創(chuàng)建用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用列表構(gòu)建的兩種非常流行的用戶定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是棧和隊(duì)列。

棧是一個(gè)元素列表，其中元素的添加或刪除是從列表的末尾開始的，可以把它想象成一堆書，當(dāng)你需要從書堆中添加或刪除一本書時(shí)，你可以從頂部開始。它使用了后進(jìn)先出的簡(jiǎn)單概念。

另一方面，隊(duì)列是一個(gè)元素列表，其中元素的添加發(fā)生在列表的末尾，而元素的刪除則發(fā)生在列表的前面。你可以把它想象成現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)隊(duì)列，當(dāng)前面的人離開隊(duì)列時(shí)，隊(duì)列變短；當(dāng)有新成員從末尾添加到隊(duì)列中時(shí)，隊(duì)列將變長(zhǎng)。它使用先進(jìn)先出的概念。

現(xiàn)在，作為一個(gè)數(shù)據(jù)科學(xué)家或分析師，你可能不是每天都在使用這個(gè)概念，但是當(dāng)你必須構(gòu)建自己的算法時(shí)，它肯定會(huì)幫助你！

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2：Python中的元組

元組是Python中另一種非常流行的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們與列表非常相似，只不過有一個(gè)區(qū)別，它們是不可變的，這意味著一旦生成元組，就不能添加、刪除或編輯任何值。

我們將進(jìn)一步探討這個(gè)問題，但首先讓我們看看如何在Python中創(chuàng)建元組！

在Python中創(chuàng)建元組

元組可以通過在（括號(hào)）內(nèi)寫入值來生成，每個(gè)元素用逗號(hào)分隔，但是即使你寫了一堆沒有任何括號(hào)的值并把它們賦給一個(gè)變量，你最終還是會(huì)得到一個(gè)元組！

好了，現(xiàn)在我們知道了如何創(chuàng)建元組，讓我們討論一下不變性。

元組的不變性

在Python中，任何在創(chuàng)建后不能修改的內(nèi)容都是不可變的。Python語(yǔ)言可以分解為可變和不可變的對(duì)象。

列表、字典、集合（我們將在后面的章節(jié)中探討這些）是可變對(duì)象，這意味著它們可以在創(chuàng)建后修改；另一方面，整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、布爾值、字符串甚至元組都是不可變的對(duì)象，但是，是什么使它們不可改變呢？

Python中的所有內(nèi)容都是一個(gè)對(duì)象，所以我們可以使用內(nèi)置的＊＊id（）＊＊方法來檢查對(duì)象的內(nèi)存位置，這被稱為對(duì)象的標(biāo)識(shí)。讓我們創(chuàng)建一個(gè)列表并確定列表及其元素的位置：

如你所見，列表及其元素在內(nèi)存中都有不同的位置。因?yàn)槲覀冎�道列表是可變的，所以我們可以改變其元素的值。讓我們這樣做，看看它如何影響：

列表的位置沒有改變，但元素的位置改變了，這意味著為元素創(chuàng)建了一個(gè)新對(duì)象并保存在列表中，這就是可變的意思�？勺儗�(duì)象可以在創(chuàng)建后更改其狀態(tài)或內(nèi)容，但不可變對(duì)象不能這樣做。

但是我們可以調(diào)用元組偽不可變，因?yàn)榧词顾鼈兪遣豢勺兊�，它們也可以包含其值可以修改的可變�?duì)象！

從上面的示例中可以看到，我們能夠更改元組中包含的不可變對(duì)象list的值。

元組賦值

元組打包和解包是一些有用的操作，你可以執(zhí)行這些操作來將值賦給單行中另一個(gè)元組。

當(dāng)我們制造元組時(shí)，我們已經(jīng)看到了元組的打包。元組解包與打包相反。

它對(duì)于在一行中交換值非常有用。老實(shí)說，這是讓我對(duì)Python感到興奮的第一件事，能夠用這么少的代碼做這么多事情！

更改元組值

雖然我說過元組值不能更改，但實(shí)際上可以通過使用list（）將其轉(zhuǎn)換為列表來對(duì)其進(jìn)行更改。完成更改后，可以再次使用tuple（）將其轉(zhuǎn)換回元組。

然而，這種更改非常昂貴，因?yàn)樗�需要�?fù)制元組，但是當(dāng)你不希望其他人更改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時(shí)，元組就派上了用場(chǎng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3：Python中的字典

Dictionary是另一種Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)不可變但無序的異構(gòu)對(duì)象，這意味著當(dāng)你試圖訪問這些元素時(shí)，它們的順序可能與你插入它們的順序不完全相同。

但是，使詞典與列表區(qū)別開來的是元素在其中的存儲(chǔ)方式。字典中的元素是通過它們的鍵值而不是它們的索引來訪問的，正如我們?cè)诹斜碇兴�做的那樣，所以字典包含鍵值對(duì)，而不僅僅是單個(gè)元素。

生成詞典

字典是通過｛｝括號(hào)內(nèi)寫入鍵和值生成的。每個(gè)鍵值對(duì)用逗號(hào)分隔：

使用鍵，我們可以輕松提取關(guān)聯(lián)值：

這些鍵是獨(dú)一無二的，即使字典中有多個(gè)項(xiàng)具有相同的鍵，項(xiàng)的值為最后一個(gè)鍵關(guān)聯(lián)的值：

字典對(duì)于快速訪問項(xiàng)非常有用，因?yàn)榕c列表和元組不同，字典不必遍歷所有找到值的項(xiàng)。字典使用哈希提高性能。

訪問鍵和值

你可以使用 keys（） 方法從字典訪問鍵，使用＊＊values（）方法訪問值。我們可以使用for循環(huán)查看它們，也可以使用list（）＊＊將它們轉(zhuǎn)換為列表：

我們甚至可以使用＊＊items（）＊＊方法同時(shí)訪問這些值，該方法返回字典中每個(gè)元素的相應(yīng)鍵值對(duì)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4：Python中的集合

有時(shí)不希望在列表或元組中多次出現(xiàn)同一個(gè)元素。在這里，你可以使用集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Set是一個(gè)無序但可變的元素集合，它只包含唯一的值。

你將看到這些值的順序與在集合中輸入的順序不同，這是因?yàn)榧�合是無序的。

從集合中添加和移除元素

要向集合中添加值，請(qǐng)使用＊＊add（）＊＊方法，它允許你添加除可變對(duì)象以外的任何值：

要從集合中移除值，有兩個(gè)選項(xiàng)可供選擇：

第一個(gè)是＊＊remove（）＊＊方法，如果元素不在集合中，它會(huì)給出一個(gè)錯(cuò)誤

第二個(gè)是discard（） 方法，它刪除元素，但當(dāng)元素不在集合中時(shí)不會(huì)出錯(cuò)

如果該值不存在，remove（）將給出一個(gè)錯(cuò)誤，而discard（） 則不會(huì)。

集合操作

使用Python集合，你可以執(zhí)行兩個(gè)集合之間的并集、交集和差集等操作，就像在數(shù)學(xué)中一樣。

兩個(gè)集合的并集給出兩個(gè)集合的值，這些值是獨(dú)一無二的。因此，如果兩個(gè)集合包含相同的值，則只返回一個(gè)副本：

兩個(gè)集合的交集只返回兩個(gè)集合共有的值：

一個(gè)集合與另一個(gè)集合的差集只給出第一個(gè)集合中不存在的值：

結(jié)尾

Python是一種很好的語(yǔ)言。它為你提供了許多選項(xiàng)來更有效地處理數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是你學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)關(guān)鍵。