dict

Python內(nèi)置了字典：dict的支持，dict全稱dictionary，在其他語言中也稱為map，使用鍵-值（key-value）存儲，具有極快的查找速度。

舉個(gè)例子，假設(shè)要根據(jù)同學(xué)的名字查找對應(yīng)的成績，如果用list實(shí)現(xiàn)，需要兩個(gè)list：

names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
scores = [95, 75, 85]

給定一個(gè)名字，要查找對應(yīng)的成績，就先要在names中找到對應(yīng)的位置，再從scores取出對應(yīng)的成績，list越長，耗時(shí)越長。

如果用dict實(shí)現(xiàn)，只需要一個(gè)“名字”-“成績”的對照表，直接根據(jù)名字查找成績，無論這個(gè)表有多大，查找速度都不會變慢。用Python寫一個(gè)dict如下：

>>> d = {'Michael': 95, 'Bob': 75, 'Tracy': 85}
>>> d['Michael']
95

為什么dict查找速度這么快？因?yàn)閐ict的實(shí)現(xiàn)原理和查字典是一樣的。假設(shè)字典包含了1萬個(gè)漢字，我們要查某一個(gè)字，一個(gè)辦法是把字典從第一頁往后翻，直到找到我們想要的字為止，這種方法就是在list中查找元素的方法，list越大，查找越慢。

第二種方法是先在字典的索引表里（比如部首表）查這個(gè)字對應(yīng)的頁碼，然后直接翻到該頁，找到這個(gè)字，無論找哪個(gè)字，這種查找速度都非常快，不會隨著字典大小的增加而變慢。

dict就是第二種實(shí)現(xiàn)方式，給定一個(gè)名字，比如'Michael'，dict在內(nèi)部就可以直接計(jì)算出Michael對應(yīng)的存放成績的“頁碼”，也就是95這個(gè)數(shù)字存放的內(nèi)存地址，直接取出來，所以速度非常快。

你可以猜到，這種key-value存儲方式，在放進(jìn)去的時(shí)候，必須根據(jù)key算出value的存放位置，這樣，取的時(shí)候才能根據(jù)key直接拿到value。

把數(shù)據(jù)放入dict的方法，除了初始化時(shí)指定外，還可以通過key放入：

>>> d['Adam'] = 67
>>> d['Adam']
67

由于一個(gè)key只能對應(yīng)一個(gè)value，所以，多次對一個(gè)key放入value，后面的值會把前面的值沖掉：

>>> d['Jack'] = 90
>>> d['Jack']
90
>>> d['Jack'] = 88
>>> d['Jack']
88

如果key不存在，dict就會報(bào)錯(cuò)：

>>> d['Thomas']
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'Thomas'

要避免key不存在的錯(cuò)誤，有兩種辦法，一是通過in判斷key是否存在：

>>> 'Thomas' in d
False

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：

>>> d.get('Thomas')
>>> d.get('Thomas', -1)
-1

注意：返回None的時(shí)候Python的交互式命令行不顯示結(jié)果。

要?jiǎng)h除一個(gè)key，用pop(key)方法，對應(yīng)的value也會從dict中刪除：

>>> d.pop('Bob')
75
>>> d
{'Michael': 95, 'Tracy': 85}

請務(wù)必注意，dict內(nèi)部存放的順序和key放入的順序是沒有關(guān)系的。

和list比較，dict有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

•     查找和插入的速度極快，不會隨著key的增加而增加；
•     需要占用大量的內(nèi)存，內(nèi)存浪費(fèi)多。

而list相反：

•     查找和插入的時(shí)間隨著元素的增加而增加；
•     占用空間小，浪費(fèi)內(nèi)存很少。

所以，dict是用空間來換取時(shí)間的一種方法。

dict可以用在需要高速查找的很多地方，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?yàn)閐ict根據(jù)key來計(jì)算value的存儲位置，如果每次計(jì)算相同的key得出的結(jié)果不同，那dict內(nèi)部就完全混亂了。這個(gè)通過key計(jì)算位置的算法稱為哈希算法（Hash）。

要保證hash的正確性，作為key的對象就不能變。在Python中，字符串、整數(shù)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：

>>> key = [1, 2, 3]
>>> d[key] = 'a list'
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unhashable type: 'list'

set

set和dict類似，也是一組key的集合，但不存儲value。由于key不能重復(fù)，所以，在set中，沒有重復(fù)的key。

要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)set，需要提供一個(gè)list作為輸入集合：

>>> s = set([1, 2, 3])
>>> s
set([1, 2, 3])

注意，傳入的參數(shù)[1, 2, 3]是一個(gè)list，而顯示的set([1, 2, 3])只是告訴你這個(gè)set內(nèi)部有1，2，3這3個(gè)元素，顯示的[]不表示這是一個(gè)list。

重復(fù)元素在set中自動被過濾：

>>> s = set([1, 1, 2, 2, 3, 3])
>>> s
set([1, 2, 3])

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

>>> s.add(4)
>>> s
set([1, 2, 3, 4])
>>> s.add(4)
>>> s
set([1, 2, 3, 4])

通過remove(key)方法可以刪除元素：

>>> s.remove(4)
>>> s
set([1, 2, 3])

set可以看成數(shù)學(xué)意義上的無序和無重復(fù)元素的集合，因此，兩個(gè)set可以做數(shù)學(xué)意義上的交集、并集等操作：

>>> s1 = set([1, 2, 3])
>>> s2 = set([2, 3, 4])
>>> s1 & s2
set([2, 3])
>>> s1 | s2
set([1, 2, 3, 4])

set和dict的唯一區(qū)別僅在于沒有存儲對應(yīng)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?yàn)闊o法判斷兩個(gè)可變對象是否相等，也就無法保證set內(nèi)部“不會有重復(fù)元素”。試試把list放入set，看看是否會報(bào)錯(cuò)。
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。

對于可變對象，比如list，對list進(jìn)行操作，list內(nèi)部的內(nèi)容是會變化的，比如：

>>> a = ['c', 'b', 'a']
>>> a.sort()
>>> a
['a', 'b', 'c']

而對于不可變對象，比如str，對str進(jìn)行操作呢：

>>> a = 'abc'
>>> a.replace('a', 'A')
'Abc'
>>> a
'abc'

雖然字符串有個(gè)replace()方法，也確實(shí)變出了'Abc'，但變量a最后仍是'abc'，應(yīng)該怎么理解呢？

我們先把代碼改成下面這樣：

>>> a = 'abc'
>>> b = a.replace('a', 'A')
>>> b
'Abc'
>>> a
'abc'

要始終牢記的是，a是變量，而'abc'才是字符串對象！有些時(shí)候，我們經(jīng)常說，對象a的內(nèi)容是'abc'，但其實(shí)是指，a本身是一個(gè)變量，它指向的對象的內(nèi)容才是'abc'：

當(dāng)我們調(diào)用a.replace('a', 'A')時(shí)，實(shí)際上調(diào)用方法replace是作用在字符串對象'abc'上的，而這個(gè)方法雖然名字叫replace，但卻沒有改變字符串'abc'的內(nèi)容。相反，replace方法創(chuàng)建了一個(gè)新字符串'Abc'并返回，如果我們用變量b指向該新字符串，就容易理解了，變量a仍指向原有的字符串'abc'，但變量b卻指向新字符串'Abc'了：

所以，對于不變對象來說，調(diào)用對象自身的任意方法，也不會改變該對象自身的內(nèi)容。相反，這些方法會創(chuàng)建新的對象并返回，這樣，就保證了不可變對象本身永遠(yuǎn)是不可變的。
小結(jié)

使用key-value存儲結(jié)構(gòu)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是字符串。

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，并解釋結(jié)果。