Python dict & set

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dict

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，具有極快的尋找速度。

舉個例子，假設要根據同學的名字尋找對應的成績，如果用list實現，需要兩個list：

給定一個名字，要尋找對應的成績，就先要在names中找到對應的位置，再從scores取出對應的成績，list越長，耗時越長。

如果用dict實現，只需要一個“名字”-“成績”的對照表，直接根據名字尋找成績，無論這個表有多大，尋找速度都不會變慢。用Python寫一個dict如下：

為什麼dict尋找速度這麼快？因為dict的實現原理和查字典是一樣的。假設字典包含了1萬個漢字，我們要查某一個字，一個辦法是把字典從第一頁往後翻，直到找到我們想要的字為止，這種方法就是在list中尋找元素的方法，list越大，尋找越慢。

第二種方法是先在字典的索引表裡（比如部首表）查這個字對應的頁碼，然後直接翻到該頁，找到這個字。無論找哪個字，這種尋找速度都非常快，不會隨著字典大小的增加而變慢。

dict就是第二種實現方式，給定一個名字，比如‘Michael‘，dict在內部就可以直接計算出Michael對應的存放成績的“頁碼”，也就是95這個數字存放的記憶體位址，直接取出來，所以速度非常快。

你可以猜到，這種key-value儲存方式，在放進去的時候，必鬚根據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。

把資料放入dict的方法，除了初始化時指定外，還可以通過key放入：

由於一個key只能對應一個value，所以，多次對一個key放入value，後面的值會把前面的值衝掉：

如果key不存在，dict就會報錯：

要避免key不存在的錯誤，有兩種辦法，一是通過in判斷key是否存在：

二是通過dict提供的get()方法，如果key不存在，可以返回None，或者自己指定的value：

注意：返回None的時候Python的互動環境不顯示結果。

要刪除一個key，用pop(key)方法，對應的value也會從dict中刪除：

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. 尋找和插入的速度極快，不會隨著key的增加而變慢；
2. 需要佔用大量的記憶體，記憶體浪費多。

而list相反：

1. 尋找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。

dict可以用在需要高速尋找的很多地方，在Python代碼中幾乎無處不在，正確使用dict非常重要，需要牢記的第一條就是dict的key必須是不可變對象。

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得出的結果不同，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的對象就不能變。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：

set

set和dict類似，也是一組key的集合，但不儲存value。由於key不能重複，所以，在set中，沒有重複的key。

要建立一個set，需要提供一個list作為輸入集合：

注意，傳入的參數[1, 2, 3]是一個list，而顯示的{1, 2, 3}只是告訴你這個set內部有1，2，3這3個元素，顯示的順序也不表示set是有序的。。

重複元素在set中自動被過濾：

通過add(key)方法可以添加元素到set中，可以重複添加，但不會有效果：

通過remove(key)方法可以刪除元素：

set可以看成數學意義上的無序和無重複元素的集合，因此，兩個set可以做數學意義上的交集、並集等操作：

set和dict的唯一區別僅在於沒有儲存對應的value，但是，set的原理和dict一樣，所以，同樣不可以放入可變對象，因為無法判斷兩個可變對象是否相等，也就無法保證set內部“不會有重複元素”。試試把list放入set，看看是否會報錯。

再議不可變對象

上面我們講了，str是不變對象，而list是可變對象。

對於可變對象，比如list，對list進行操作，list內部的內容是會變化的，比如：

而對於不可變對象，比如str，對str進行操作呢：

雖然字串有個replace()方法，也確實變出了‘Abc‘，但變數a最後仍是‘abc‘，應該怎麼理解呢？

我們先把代碼改成下面這樣：

要始終牢記的是，a是變數，而‘abc‘才是字串對象！有些時候，我們經常說，對象a的內容是‘abc‘，但其實是指，a本身是一個變數，它指向的對象的內容才是‘abc‘：

當我們調用a.replace(‘a‘, ‘A‘)時，實際上調用方法replace是作用在字串對象‘abc‘上的，而這個方法雖然名字叫replace，但卻沒有改變字串‘abc‘的內容。相反，replace方法建立了一個新字串‘Abc‘並返回，如果我們用變數b指向該新字串，就容易理解了，變數a仍指向原有的字串‘abc‘，但變數b卻指向新字串‘Abc‘了：

所以，對於不變對象來說，調用對象自身的任意方法，也不會改變該對象自身的內容。相反，這些方法會建立新的對象並返回，這樣，就保證了不可變對象本身永遠是不可變的。

小結

使用key-value儲存結構的dict在Python中非常有用，選擇不可變對象作為key很重要，最常用的key是字串。

tuple雖然是不變對象，但試試把(1, 2, 3)和(1, [2, 3])放入dict或set中，並解釋結果。

參考源碼

the_dict.py

the_set.py

 

轉載：https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/00143167793538255adf33371774853a0ef943280573f4d000

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