从零开始学Python第13课：常用数据结构之字典

迄今为止，我们已经为大家介绍了Python中的三种容器型数据类型，但是这些数据类型仍然不足以帮助我们解决所有的问题。例如，我们需要一个变量来保存一个人的信息，其中包含了这个人的姓名、年龄、身高、体重、家庭住址、本人手机号、紧急联系人手机号这七项信息，此时你会发现，我们之前学过的列表、元组和集合类型都不够好使。

person1 = ['王大锤', 55, 168, 60, '成都市武侯区科华北路62号1栋101', '13122334455', '13800998877']
person2 = ('王大锤', 55, 168, 60, '成都市武侯区科华北路62号1栋101', '13122334455', '13800998877')
person3 = {'王大锤', 55, 168, 60, '成都市武侯区科华北路62号1栋101', '13122334455', '13800998877'}

集合肯定是最不合适的，因为集合中不能有重复元素，如果一个人的年龄和体重刚好相同，那么集合中就会少一项信息；同理，如果这个人的手机号和紧急联系人手机号是相同的，那么集合中又会少一项信息。另一方面，虽然列表和元组可以把一个人的所有信息都保存下来，但是当你想要获取这个人的手机号或家庭住址时，你得先知道他的手机号是列表或元组中的第几个元素。总之，在遇到上述的场景时，列表、元组、集合都不是最合适的选择，此时我们需要字典（dictionary）类型，这种数据类型最适合把相关联的信息组装到一起，可以帮助我们解决 Python 程序中为真实事物建模的问题。

说到字典这个词，大家一定不陌生，读小学的时候，每个人手头基本上都有一本《新华字典》，如下图所示。
在这里插入图片描述

Python 程序中的字典跟现实生活中的字典很像，它以键值对（键和值的组合）的方式把数据组织到一起，我们可以通过键找到与之对应的值并进行操作。就像《新华字典》中，每个字（键）都有与它对应的解释（值）一样，每个字和它的解释合在一起就是字典中的一个条目，而字典中通常包含了很多个这样的条目。

创建和使用字典

Python 中创建字典可以使用{}字面量语法，这一点跟上一节课讲的集合是一样的。但是字典的{}中的元素是以键值对的形式存在的，每个元素由:分隔的两个值构成，:前面是键，:后面是值，代码如下所示。

xinhua = {
    '麓': '山脚下',
    '路': '道，往来通行的地方；方面，地区：南～货，外～货；种类：他俩是一～人',
    '蕗': '甘草的别名',
    '潞': '潞水，水名，即今山西省的浊漳河；潞江，水名，即云南省的怒江'
}
print(xinhua)
person = {
    'name': '王大锤',
    'age': 55,
    'height': 168,
    'weight': 60,
    'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101', 
    'tel': '13122334455',
    'emergence contact': '13800998877'
}
print(person)

通过上面的代码，相信大家已经看出来了，用字典来保存一个人的信息远远优于使用列表或元组，因为我们可以用:前面的键来表示条目的含义，而:后面就是这个条目所对应的值。

当然，如果愿意，我们也可以使用内置函数dict或者是字典的生成式语法来创建字典，代码如下所示。

# dict函数(构造器)中的每一组参数就是字典中的一组键值对
person = dict(name='王大锤', age=55, height=168, weight=60, addr='成都市武侯区科华北路62号1栋101')
print(person)  # {'name': '王大锤', 'age': 55, 'height': 168, 'weight': 60, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}

# 可以通过Python内置函数zip压缩两个序列并创建字典
items1 = dict(zip('ABCDE', '12345'))
print(items1)  # {'A': '1', 'B': '2', 'C': '3', 'D': '4', 'E': '5'}
items2 = dict(zip('ABCDE', range(1, 10)))
print(items2)  # {'A': 1, 'B': 2, 'C': 3, 'D': 4, 'E': 5}

# 用字典生成式语法创建字典
items3 = {x: x ** 3 for x in range(1, 6)}
print(items3)  # {1: 1, 2: 8, 3: 27, 4: 64, 5: 125}

想知道字典中一共有多少组键值对，仍然是使用len函数；如果想对字典进行遍历，可以用for循环，但是需要注意，for循环只是对字典的键进行了遍历，不过没关系，在学习了字典的索引运算后，我们可以通过字典的键获取到和这个键对应的值。

person = {'name': '王大锤', 'age': 55, 'height': 168, 'weight': 60, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}
print(len(person))  # 5
for key in person:
    print(key)

字典的运算

对于字典类型来说，成员运算和索引运算肯定是很重要的，前者可以判定指定的键在不在字典中，后者可以通过键获取对应的值或者向字典中添加新的键值对。值得注意的是，字典的索引不同于列表的索引，列表中的元素因为有属于自己有序号，所以列表的索引是一个整数；字典中因为保存的是键值对，所以字典需要用键去索引对应的值。需要特别提醒大家注意的是，字典中的键必须是不可变类型，例如整数（int）、浮点数（float）、字符串（str）、元组（tuple）等类型，这一点跟集合类型对元素的要求是一样的；很显然，之前我们讲的列表（list）和集合（set）不能作为字典中的键，字典类型本身也不能再作为字典中的键，因为字典也是可变类型，但是字典可以作为字典中的值。大家可以先看看下面的代码，了解一下字典的成员运算和索引运算。

person = {'name': '王大锤', 'age': 55, 'height': 168, 'weight': 60, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}

# 成员运算
print('name' in person)  # True
print('tel' in person)   # False

# 索引运算
print(person['name'])
print(person['addr'])
person['age'] = 25
person['height'] = 178
person['tel'] = '13122334455'
person['signature'] = '你的男朋友是一个盖世垃圾，他会踏着五彩祥云去迎娶你的闺蜜'
print(person)

# 循环遍历
for key in person:
    print(f'{key}:\t{person[key]}')

需要注意，在通过索引运算获取字典中的值时，如指定的键没有在字典中，将会引发KeyError异常。

字典的方法

字典类型的方法基本上都跟字典的键值对操作相关，其中get方法可以通过键来获取对应的值。跟索引运算不同的是，get方法在字典中没有指定的键时不会产生异常，而是返回None或指定的默认值，代码如下所示。

person = {'name': '王大锤', 'age': 25, 'height': 178, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}
print(person.get('name'))       # 王大锤
print(person.get('sex'))        # None
print(person.get('sex', True))  # True

如果需要获取字典中所有的键，可以使用keys方法；如果需要获取字典中所有的值，可以使用values方法。字典还有一个名为items的方法，它会将键和值组装成二元组，通过该方法来遍历字典中的元素也是非常方便的。

person = {'name': '王大锤', 'age': 25, 'height': 178}
print(person.keys())    # dict_keys(['name', 'age', 'height'])
print(person.values())  # dict_values(['王大锤', 25, 178])
print(person.items())   # dict_items([('name', '王大锤'), ('age', 25), ('height', 178)])
for key, value in person.items():
    print(f'{key}:\t{value}')

字典的update方法会用一个字典更新另一个字典中的键值对。例如，有两个字典x和y，当执行x.update(y)操作时，x跟y相同的键对应的值会y中的值被更新，而y中有但x中没有的键值对会直接添加到x中，代码如下所示。

person1 = {'name': '王大锤', 'age': 55, 'height': 178}
person2 = {'age': 25, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}
person1.update(person2)
print(person1)  # {'name': '王大锤', 'age': 25, 'height': 178, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}

可以通过pop或popitem方法从字典中删除元素，前者会返回键对应的值，但是如果字典中不存在指定的键，会引发KeyError错误；后者在删除元素时，会返回键和值组成的二元组。字典的clear方法会清空字典中所有的键值对，代码如下所示。

person = {'name': '王大锤', 'age': 25, 'height': 178, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}
print(person.pop('age'))  # 25
print(person)             # {'name': '王大锤', 'height': 178, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}
print(person.popitem())   # ('addr', '成都市武侯区科华北路62号1栋101')
print(person)             # {'name': '王大锤', 'height': 178}
person.clear()
print(person)             # {}

跟列表一样，从字典中删除元素也可以使用del关键字，在删除元素的时候如果指定的键索引不到对应的值，一样会引发KeyError错误，具体的做法如下所示。

person = {'name': '王大锤', 'age': 25, 'height': 178, 'addr': '成都市武侯区科华北路62号1栋101'}
del person['age']
del person['addr']
print(person)  # {'name': '王大锤', 'height': 178}

字典的应用

我们通过几个简单的例子来讲解字典的应用。

例子1：输入一段话，统计每个英文字母出现的次数，按出现次数从高到低输出。

sentence = input('请输入一段话: ')
counter = {}
for ch in sentence:
    if 'A' <= ch <= 'Z' or 'a' <= ch <= 'z':
        counter[ch] = counter.get(ch, 0) + 1
sorted_keys = sorted(counter, key=counter.get, reverse=True)
for key in sorted_keys:
    print(f'{key} 出现了 {counter[key]} 次.')

输入：

Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence of any carnal pleasure.

输出：

e 出现了 27 次.
n 出现了 21 次.
a 出现了 18 次.
i 出现了 18 次.
s 出现了 16 次.
t 出现了 16 次.
o 出现了 14 次.
h 出现了 13 次.
r 出现了 10 次.
d 出现了 9 次.
l 出现了 9 次.
g 出现了 6 次.
u 出现了 6 次.
f 出现了 6 次.
c 出现了 6 次.
y 出现了 5 次.
b 出现了 5 次.
m 出现了 4 次.
p 出现了 3 次.
w 出现了 2 次.
v 出现了 2 次.
M 出现了 1 次.
k 出现了 1 次.
x 出现了 1 次.

例子2：在一个字典中保存了股票的代码和价格，找出股价大于100元的股票并创建一个新的字典。

说明：可以用字典的生成式语法来创建这个新字典。

stocks = {
    'AAPL': 191.88,
    'GOOG': 1186.96,
    'IBM': 149.24,
    'ORCL': 48.44,
    'ACN': 166.89,
    'FB': 208.09,
    'SYMC': 21.29
}
stocks2 = {key: value for key, value in stocks.items() if value > 100}
print(stocks2)

输出：

{'AAPL': 191.88, 'GOOG': 1186.96, 'IBM': 149.24, 'ACN': 166.89, 'FB': 208.09}

总结

Python 程序中的字典跟现实生活中字典非常像，允许我们以键值对的形式保存数据，再通过键索引对应的值。这是一种非常有利于数据检索的数据类型。再次提醒大家注意，字典中的键必须是不可变类型，字典中的值可以是任意类型。