【深入浅出 】——【Python 字典】——【详解】

Python 字典是一种强大而灵活的数据结构，非常适合存储和管理键值对。

1. 什么是 Python 字典？

Python 字典是一种映射类型的数据结构，其中的数据以键值对（key-value pairs）的形式存储。字典的实现基于哈希表，使得键值对的查找和操作速度非常快。

1.1 字典的基本概念

• 键（Key）: 键必须是唯一的，并且是可哈希的（如整数、字符串、元组等不可变类型）。这意味着两个不同的键不能具有相同的哈希值。
• 值（Value）: 值可以是任意类型，包括数字、字符串、列表、甚至是另一个字典。

小李很执着理解: 想象字典是一种超级便利的“查找表”，你可以通过独一无二的“名字”（键）快速找到对应的“内容”（值）。

1.2 字典的用途

字典在很多场景下都非常有用，例如：

• 配置文件: 存储应用程序的配置参数。
• 计数器: 统计元素出现的频率。
• 缓存: 存储计算结果以避免重复计算。
• 快速查找: 通过键快速访问数据。

1.3 字典的优势

• 查找速度快: 由于字典基于哈希表实现，查找操作的平均时间复杂度为 O(1)。
• 灵活性高: 字典的键和值可以是任意类型，提供了极大的灵活性。

2. 字典的基本特点

字典有几个重要的特点，使其在各种应用场景中非常有用。

2.1 键的唯一性

字典中的每个键必须是唯一的。如果试图插入一个重复的键，后者会覆盖前者。

a = {'x': 1, 'y': 2}
a['x'] = 3
print(a)
# 输出: {'x': 3, 'y': 2}

小李很执着理解: 字典就像一份购物清单，每个项目都有独特的名字，如果名字重复，新的会替换旧的。

2.2 可变性

字典是可变的，这意味着可以动态地增加、修改和删除键值对。

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

小李很执着理解: 你可以随时往购物清单里添加或删除项目。

2.3 无序性

在 Python 3.7 之前，字典中的元素没有顺序。从 Python 3.7 开始，字典按插入顺序保存键值对。

a = {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}
print(a)
# 输出: {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}

小李很执着理解: 虽然购物清单里项目的顺序不重要，但从 Python 3.7 开始，它会记住你添加项目的顺序。

3. 如何创建字典？

Python 提供了多种方式来创建字典：

3.1 使用 {} 符号

这是最常用的创建字典的方法：

a = {'x': 1, 'y': 2}
print(a)
# 输出: {'x': 1, 'y': 2}

小李很执着理解: 用大括号 {} 包裹一对对的名字和值，就能创建一个字典。

3.2 使用 dict() 工厂方法

适用于从其他数据结构（如元组列表）创建字典的情况：

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

小李很执着理解: 用 dict() 函数也能创建字典，只要提供成对的名字和值。

3.3 使用 fromkeys() 方法

用于创建包含指定键并且所有值相同的字典：

a = {}.fromkeys(('x', 'y'), 0)
print(a)
# 输出: {'x': 0, 'y': 0}

小李很执着理解: fromkeys() 方法创建的字典里所有的名字都有相同的值。

4. 字典的键和值的类型可以不同

在字典中，键和值的类型不需要相同。例如，可以有整数键和字符串值的组合：

a = {1: 'apple', 'b': 2.5}
print(a)
# 输出: {1: 'apple', 'b': 2.5}

注意事项:

• 键必须是不可变类型（如整数、字符串、元组）。
• 值可以是任何类型，包括列表和其他字典。

小李很执着理解: 字典里的名字和内容可以是任何类型，比如数字对应水果，字母对应小数。

5. 如何访问字典中的元素？

使用方括号 [] 可以直接访问字典中的值：

a = {'x': 10, 'y': 20}
print(a['x'])  # 输出: 10

注意事项:

• 访问不存在的键会抛出 KeyError 错误。

可以使用 get() 方法避免 KeyError：

value = a.get('z', '默认值')
print(value)  # 输出: 默认值

小李很执着理解: 用名字查找内容就像查字典，用 get() 方法可以避免找不到名字时报错。

6. 遍历字典

可以使用 for 循环遍历字典中的键和值：

a = {'x': 0, 'y': 0}
for key in a:
    print(key, a[key])
# 输出（顺序可能不同）:
# x 0
# y 0

注意事项:

可以使用 items() 方法同时遍历键和值：

for key, value in a.items():
    print(key, value)

小李很执着理解: 用 for 循环可以遍历字典里的所有名字和内容，用 items() 方法可以同时获取名字和内容。

7. 修改字典中的元素

使用方括号 [] 可以新增或修改字典元素：

7.1 新增元素

a = {}
a[1] = 100
print(a)  # 输出: {1: 100}

小李很执着理解: 用方括号 [] 给字典增加新元素。

7.2 修改元素

a[1] = 200
print(a)  # 输出: {1: 200}

注意事项:

使用 update() 方法可以批量更新字典：

a.update({'b': 300, 'c': 400})
print(a)  # 输出: {1: 200, 'b': 300, 'c': 400}

小李很执着理解: 用方括号 [] 修改字典里的内容，用 update() 方法一次更新多个内容。

8. 删除字典中的元素

8.1 使用 del 删除某个键值对

a = {1: 100}
del a[1]
print(a)  # 输出: {}

8.2 使用 clear() 方法清空整个字典

a = {1: 100, 2: 200}
a.clear()
print(a)  # 输出: {}

8.3 使用 pop() 函数删除键值对并获取到对应的值

a = {1: 100, 2: 200}
value = a.pop(1)
print(value)  # 输出: 100
print(a)      # 输出: {2: 200}

注意事项:

popitem() 方法可以删除并返回最后一个键值对（按插入顺序）：

a = {1: 100, 2: 200}
key, value = a.popitem()
print(key, value)  # 输出: 2 200
print(a)           # 输出: {1: 100}

小李很执着理解: 用 del 删除单个元素，用 clear() 清空字典，用 pop() 删除并获取元素内容。

9. 查找元素是否在字典中

可以使用 in 或 not in 来判定一个键是否在字典中：

a = {'x': 10, 'y': 20}
print('x' in a)  # 输出: True
print('z' in a)  # 输出: False

注意事项:

• in 操作符只检查键是否存在，不检查值。

小李很执着理解: 用 in 判断字典里是否有某个名字。

10. 字典的比较

字典的比较操作符与序列不同。两个字典只有在键和值完全相同时才相等：

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

• 注意事项:
  • 字典之间的大小关系不常用，因为字典是无序的。
  • 可以使用 == 和 != 来比较字典。

小李很执着理解: 用 == 比较字典是否相等，字典的大小关系通常不需要比较。

总结

Python 字典是一种非常灵活且高效的数据结构，适用于需要快速查找和存储键值对的场景。字典的强大功能使其成为 Python 编程中不可或缺的一部分。掌握字典的使用，可以大大提高代码的效率和可读性。