Python之數據結構分析及教學

楊菲菲

摘要：Python功能強大，應用到各行各業，在很多計算機相關專業都開設此課程。文中簡要介紹了Python語言的內置數據結構，使用分類、對比教學方法詳細分析了內置數據結構的操作，希望對Python語言的教學有幫助。

關鍵詞：Python;內置數據結構;分類;對比教學方法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）30-0130-03

1重要性

Python語言是一門跨平臺、開源、免費的解釋型高級動態編程語言，在八十年代末和九十年代初設計出來后，經過了快速的發展，到目前為止，在多個語言排行榜中位居前三，功能超級強大，應用到各行各業。目前在高校計算機相關專業的人才培養中，Java語言、c語言、Python語言一般都會開設。在教學中發現，相對于java語言、c語言，Python語言有自己的特點，特別是在內置數據結構這方面，相對于其他兩門語言比較復雜，同時這些數據結構是python語言的特色，也是其能夠靈活應用在各個行業領域的重要原因，要掌握python語言，必須首先要把熟練使用這些內置數據結構。同時，由于在很多高校python課程屬于比較新的課程，針對此課程的教學研究也比較少。

2python的內置數據結構

數據結構是可以處理一些數據的結構，或者是用來存儲一組相關數據的。Python中的內置數據結構有列表、元組、字典、集合，熟練掌握它們的用法可以更加快速的解決實際問題。

2.1列表（1ist）

列表由一系列按特定順序排列的元素組成，與C語言中的數組不同的是，列表可以自動進行內存擴展或收縮，保證元素之間沒有縫隙。

列表中的元素可以各不相同，可以存儲整數、實數、字符串等基本類型，也可以是列表、元組、字典、集合以及其他自定義類型的對象，并且列表中數據保存的是數據的指針。

在形式上，列表的所有元素都放在一對口中，元素之間用逗號進行間隔。

列表的元素可以進行增刪改查，也可以按照索引對其進行訪問。

2.2元組（tupIe）

元組與列表類似，也是保存的數據的指針，不同的是元組在內存中申請的是固定地址，不可變更，不能修改和刪除元組中的某個元素，只能創建和刪除整個元組。

元組里可以存放的元素的數據類型同列表一樣，值得注意的是，當元素是類似列表這種可變序列時，情況就不一樣了，元組里面的列表是可以對列表進行修改、增加、刪除操作的。

在形式上，元組的所有元素放在一對（）里面，元素之間用逗號進行間隔。

元組可以通過索引進行訪問，不能進行元素的修改、添加、刪除，可以對整個元組進行刪除操作。

2.3字典（dictionary）

字典是一系列的鍵值對，類似于java中的map。字典中的每個元素包含鍵和值兩部分，表示一種映射或對應關系，鍵值對是沒有順序的。

在形式上，每個元素的鍵和值用冒號分隔，不同元素之間用逗號分隔，所有元素放在一對大括號{}中。

字典中的鍵可以是python中任意不可變數據，如整數、實數、復數、字符串、元組等，不能使用列表、集合、字典或其他可變類型作為字典的鍵。

字典的鍵不允許重復，值是可以重復的。

2.4集合（set）

集合是沒有順序的簡單對象的聚集嘲。集合更接近數學上集合的概念。集合中每個元素都是無序的、不重復的任意對象。

集合中只能是包含數字、字符串、元組等不可變類型的數據，而不能包含列表、字典、集合等可變類型的數據，相當于字典中的鍵。

在形式上，集合中所有的元素放在一對大括號{}中，元素之間用逗號分隔。

對集合可以進行增加刪除元素，也可以進行求兩個集合的交集、并集、差集等運算。

3內置數據結構的教學

Python中的數據結構比較多而且比較復雜，對于這四種內置的數據結構可以采用分類教學法、比較教學法。將其按照有序、無序和可變、不可變以及元素是否重復進行劃分，介紹它們的使用方法。

3.1有序、無序

有序無序的序指的是元素可以在整個序列中是否有序，針對其使用，就是是否可以通過索引的方式來方位訪問元素。

在這四種數據結構中，列表、元組都是有序，字典和集合是無序。有序的數據結構在對元素進行操作時要掌握索引和切片兩個概念。

（1）雙向索引。索引不陌生，在c語言和java語言的數組都出現過，python中的索引有所不同，支持雙向索引，第一個元素下標為0，第二個元素為1，如果使用負索引，則最后一個元素下標為一1，倒數第二個元素下標為一2，以此類推。

（2）切片。切片也是python新增加的特色。切片適用于列表、元組、字符串等類型，應用于列表具有最為強大的功能。可以使用切片來截取列表中的任何部分元素，也可以通過切片來修改和刪除列表中的部分元素。切片有三個重要參數：開始位置，截止位置，切片的步長。

3.2可變、不可變

可變、不可變指的是序列中的元素是不是可以增加、刪除、修改操作。在這四種數據結構中，列表、字典、集合是可變的，元組是不可變的。

（1）增加元素

列表增加元素可以使用append方法尾部追加一個元素，使用insert方法向列表任意指定位置插入一個元素，使用extend方法將另一個列表中的所有元素追加至當前列表的尾部。這三種方法的共同點是在原地操作，不影響列表對象在內存中的起始位置。不同地方是它們的執行效率不同，insert方法如果在中間位置進行插入，效率比較低下，因為該位置后的所有元素都要移動，操作時要盡量避免在列表中間位置進行插入操作。

字典和集合都是無序的，所以在增加元素時不會考慮到位置問題。字典增加元素時，比較簡單的方法是字典名[鍵名]=值名即可，update方法也可以。集合使用add方法增加元素，如果集合中已有，則忽略掉，也可以使用update方法合并另外一個集合中的元素到當前集合中。

（2）刪除元素

列表刪除元素可以使用pop方法刪除最后一個元素，也可以通過索引的方式刪除指定位置的元素，remove方法用來刪除列表中第一個與指定值相等的元素，只是刪除第一個，clear方法用于清空列表，也可以使用del命令來刪除列表的指定元素和列表。如果刪除后還希望使用元素，使用pop方法。

字典刪除元素可以使用pop方法和popitem方法彈出并刪除指定的元素，clear方法可以清空字典里面所有的元素，也可以使用del命令來刪除字典中指定鍵值對和刪除整個字典。

集合刪除元素可以使用pop方法用于隨機刪除并返回集合中的一個元素，如果集合為空則拋出異常，remove方法用于刪除集合中的指定元素，如果不存在則拋出異常，discard方法從集合中刪除指定元素，所不同的是，如果元素不存在則忽略該操作，clear方法清空集合刪除所有元素。使用del命令刪除整個集合，但是不能用del命令刪除集合中的指定元素。

（3）修改元素

修改元素對于可變序列來講，可以直接使用索引找到指定元素進行修改。對于字典修改元素時可以使用update方法來進行修改，同時如果字典中沒有該鍵值對還可以添加的功能。

集合不涉及到修改元素。

3.3總結

使用分類教學法、對比教學法對四種內置數據結構的操作進行總結歸類如下表所示：

對于不可變序列，不涉及到增加、刪除、修改操作，對于可變序列中，對比之后發現，列表提供的方法比較多，刪除元素都可以使用pop方法彈出元素使用，都可以使用clear方法清空序列，都可以使用del命令刪除序列。

4結束語

Python的使用非常廣泛。通過簡要介紹Python語言的內置數據結構，使用分類、對比教學方法詳細分析了內置數據結構的操作，希望對Python語言的教學有幫助。