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3.2 元组
3.4 集合

Python 数据结构：字典（Dictionary）

字典是 Python 中一种非常重要且常用的数据结构，它以键-值对的形式存储数据。字典的特点是无序、可变且不允许重复的键。字典在许多场景中都非常有用，尤其是在需要快速查找、插入和删除数据时。

1. 字典的基本概念

字典的基本语法是使用花括号 {} 来定义，键和值之间用冒号 : 分隔，多个键值对之间用逗号 , 分隔。例如：

my_dict = {
    "name": "Alice",
    "age": 30,
    "city": "New York"
}

在这个例子中，"name"、"age" 和 "city" 是字典的键，而 "Alice"、30 和 "New York" 是对应的值。

1.1 字典的特点

  • 无序性：字典中的元素是无序的，Python 3.7 及以后的版本中，字典保持插入顺序，但这并不意味着字典是有序的。
  • 可变性：字典是可变的，可以在创建后修改其内容。
  • 唯一性：字典的键是唯一的，不能重复。如果重复定义一个键，后面的值会覆盖前面的值。

2. 字典的基本操作

2.1 创建字典

字典可以通过多种方式创建：

# 使用花括号
dict1 = {"a": 1, "b": 2}

# 使用 dict() 函数
dict2 = dict(c=3, d=4)

# 使用列表推导式
keys = ["e", "f"]
values = [5, 6]
dict3 = {k: v for k, v in zip(keys, values)}

2.2 访问字典中的值

可以通过键来访问字典中的值：

print(my_dict["name"])  # 输出: Alice

如果访问一个不存在的键，会引发 KeyError。可以使用 get() 方法来避免这种情况：

print(my_dict.get("gender", "Not Found"))  # 输出: Not Found

2.3 修改字典

可以通过键来修改字典中的值：

my_dict["age"] = 31
print(my_dict)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 31, 'city': 'New York'}

2.4 添加新键值对

可以直接通过赋值的方式添加新的键值对：

my_dict["gender"] = "Female"
print(my_dict)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 31, 'city': 'New York', 'gender': 'Female'}

2.5 删除键值对

可以使用 del 语句或 pop() 方法删除键值对：

del my_dict["city"]
print(my_dict)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 31, 'gender': 'Female'}

age = my_dict.pop("age")
print(age)  # 输出: 31
print(my_dict)  # 输出: {'name': 'Alice', 'gender': 'Female'}

2.6 遍历字典

可以使用 for 循环遍历字典的键、值或键值对：

# 遍历键
for key in my_dict:
    print(key)

# 遍历值
for value in my_dict.values():
    print(value)

# 遍历键值对
for key, value in my_dict.items():
    print(f"{key}: {value}")

3. 字典的优缺点

3.1 优点

  • 快速查找：字典的查找时间复杂度为 O(1)，非常高效。
  • 灵活性：字典可以存储不同类型的数据，键和值可以是任意不可变类型。
  • 易于使用：字典的语法简单，易于理解和使用。

3.2 缺点

  • 内存消耗：字典在存储数据时会消耗更多的内存，因为它需要存储键和值的哈希值。
  • 无序性：虽然 Python 3.7 及以后的版本中字典保持插入顺序，但在某些情况下，字典的无序性可能会导致逻辑错误。

4. 注意事项

  • 键的类型：字典的键必须是不可变类型，如字符串、数字或元组。列表和字典不能作为键。
  • 键的唯一性：字典的键必须是唯一的，如果重复定义，后面的值会覆盖前面的值。
  • 性能考虑：在处理大量数据时，字典的性能非常高效，但在内存使用上可能会有所增加。

5. 字典的高级用法

5.1 字典推导式

字典推导式是一种快速创建字典的方式，语法类似于列表推导式：

squares = {x: x**2 for x in range(5)}
print(squares)  # 输出: {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

5.2 嵌套字典

字典可以嵌套，即字典的值可以是另一个字典：

nested_dict = {
    "person1": {"name": "Alice", "age": 30},
    "person2": {"name": "Bob", "age": 25}
}
print(nested_dict["person1"]["name"])  # 输出: Alice

5.3 使用 defaultdict

collections 模块中的 defaultdict 可以为字典提供默认值，避免 KeyError：

from collections import defaultdict

dd = defaultdict(int)
dd["a"] += 1
print(dd)  # 输出: defaultdict(<class 'int'>, {'a': 1})

6. 总结

字典是 Python 中一种强大且灵活的数据结构，适用于多种场景。通过理解字典的基本操作、优缺点以及注意事项，开发者可以更有效地使用字典来解决实际问题。无论是在数据存储、快速查找还是数据处理方面，字典都能发挥重要作用。希望本教程能帮助你更深入地理解和使用 Python 字典。

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