Python之?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析及教學(xué)

楊菲菲

摘要：Python功能強(qiáng)大，應(yīng)用到各行各業(yè)，在很多計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)都開設(shè)此課程。文中簡(jiǎn)要介紹了Python語(yǔ)言的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用分類、對(duì)比教學(xué)方法詳細(xì)分析了內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作，希望對(duì)Python語(yǔ)言的教學(xué)有幫助。

關(guān)鍵詞：Python;內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);分類;對(duì)比教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）30-0130-03

1重要性

Python語(yǔ)言是一門跨平臺(tái)、開源、免費(fèi)的解釋型高級(jí)動(dòng)態(tài)編程語(yǔ)言，在八十年代末和九十年代初設(shè)計(jì)出來(lái)后，經(jīng)過(guò)了快速的發(fā)展，到目前為止，在多個(gè)語(yǔ)言排行榜中位居前三，功能超級(jí)強(qiáng)大，應(yīng)用到各行各業(yè)。目前在高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中，Java語(yǔ)言、c語(yǔ)言、Python語(yǔ)言一般都會(huì)開設(shè)。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于java語(yǔ)言、c語(yǔ)言，Python語(yǔ)言有自己的特點(diǎn)，特別是在內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這方面，相對(duì)于其他兩門語(yǔ)言比較復(fù)雜，同時(shí)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是python語(yǔ)言的特色，也是其能夠靈活應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的重要原因，要掌握python語(yǔ)言，必須首先要把熟練使用這些內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于在很多高校python課程屬于比較新的課程，針對(duì)此課程的教學(xué)研究也比較少。

2python的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是可以處理一些數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，或者是用來(lái)存儲(chǔ)一組相關(guān)數(shù)據(jù)的。Python中的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(shí)際問(wèn)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(yǔ)言中的數(shù)組不同的是，列表可以自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)存擴(kuò)展或收縮，保證元素之間沒(méi)有縫隙。

列表中的元素可以各不相同，可以存儲(chǔ)整數(shù)、實(shí)數(shù)、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(duì)象，并且列表中數(shù)據(jù)保存的是數(shù)據(jù)的指針。

在形式上，列表的所有元素都放在一對(duì)口中，元素之間用逗號(hào)進(jìn)行間隔。

列表的元素可以進(jìn)行增刪改查，也可以按照索引對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。

2.2元組（tupIe）

元組與列表類似，也是保存的數(shù)據(jù)的指針，不同的是元組在內(nèi)存中申請(qǐng)的是固定地址，不可變更，不能修改和刪除元組中的某個(gè)元素，只能創(chuàng)建和刪除整個(gè)元組。

元組里可以存放的元素的數(shù)據(jù)類型同列表一樣，值得注意的是，當(dāng)元素是類似列表這種可變序列時(shí)，情況就不一樣了，元組里面的列表是可以對(duì)列表進(jìn)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(duì)（）里面，元素之間用逗號(hào)進(jìn)行間隔。

元組可以通過(guò)索引進(jìn)行訪問(wèn)，不能進(jìn)行元素的修改、添加、刪除，可以對(duì)整個(gè)元組進(jìn)行刪除操作。

2.3字典（dictionary）

字典是一系列的鍵值對(duì)，類似于java中的map。字典中的每個(gè)元素包含鍵和值兩部分，表示一種映射或?qū)?yīng)關(guān)系，鍵值對(duì)是沒(méi)有順序的。

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

字典中的鍵可以是python中任意不可變數(shù)據(jù)，如整數(shù)、實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)、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(fù)，值是可以重復(fù)的。

2.4集合（set）

集合是沒(méi)有順序的簡(jiǎn)單對(duì)象的聚集嘲。集合更接近數(shù)學(xué)上集合的概念。集合中每個(gè)元素都是無(wú)序的、不重復(fù)的任意對(duì)象。

集合中只能是包含數(shù)字、字符串、元組等不可變類型的數(shù)據(jù)，而不能包含列表、字典、集合等可變類型的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于字典中的鍵。

在形式上，集合中所有的元素放在一對(duì)大括號(hào){}中，元素之間用逗號(hào)分隔。

對(duì)集合可以進(jìn)行增加刪除元素，也可以進(jìn)行求兩個(gè)集合的交集、并集、差集等運(yùn)算。

3內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)

Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較多而且比較復(fù)雜，對(duì)于這四種內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以采用分類教學(xué)法、比較教學(xué)法。將其按照有序、無(wú)序和可變、不可變以及元素是否重復(fù)進(jìn)行劃分，介紹它們的使用方法。

3.1有序、無(wú)序

有序無(wú)序的序指的是元素可以在整個(gè)序列中是否有序，針對(duì)其使用，就是是否可以通過(guò)索引的方式來(lái)方位訪問(wèn)元素。

在這四種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，列表、元組都是有序，字典和集合是無(wú)序。有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在對(duì)元素進(jìn)行操作時(shí)要掌握索引和切片兩個(gè)概念。

（1）雙向索引。索引不陌生，在c語(yǔ)言和java語(yǔ)言的數(shù)組都出現(xiàn)過(guò)，python中的索引有所不同，支持雙向索引，第一個(gè)元素下標(biāo)為0，第二個(gè)元素為1，如果使用負(fù)索引，則最后一個(gè)元素下標(biāo)為一1，倒數(shù)第二個(gè)元素下標(biāo)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(yīng)用于列表具有最為強(qiáng)大的功能。可以使用切片來(lái)截取列表中的任何部分元素，也可以通過(guò)切片來(lái)修改和刪除列表中的部分元素。切片有三個(gè)重要參數(shù)：開始位置，截止位置，切片的步長(zhǎng)。

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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(gè)元素，使用insert方法向列表任意指定位置插入一個(gè)元素，使用extend方法將另一個(gè)列表中的所有元素追加至當(dāng)前列表的尾部。這三種方法的共同點(diǎn)是在原地操作，不影響列表對(duì)象在內(nèi)存中的起始位置。不同地方是它們的執(zhí)行效率不同，insert方法如果在中間位置進(jìn)行插入，效率比較低下，因?yàn)樵撐恢煤蟮乃性囟家苿?dòng)，操作時(shí)要盡量避免在列表中間位置進(jìn)行插入操作。

字典和集合都是無(wú)序的，所以在增加元素時(shí)不會(huì)考慮到位置問(wèn)題。字典增加元素時(shí)，比較簡(jiǎn)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(gè)集合中的元素到當(dāng)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(gè)元素，也可以通過(guò)索引的方式刪除指定位置的元素，remove方法用來(lái)刪除列表中第一個(gè)與指定值相等的元素，只是刪除第一個(gè)，clear方法用于清空列表，也可以使用del命令來(lái)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(lái)刪除字典中指定鍵值對(duì)和刪除整個(gè)字典。

集合刪除元素可以使用pop方法用于隨機(jī)刪除并返回集合中的一個(gè)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(gè)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(duì)于可變序列來(lái)講，可以直接使用索引找到指定元素進(jìn)行修改。對(duì)于字典修改元素時(shí)可以使用update方法來(lái)進(jìn)行修改，同時(shí)如果字典中沒(méi)有該鍵值對(duì)還可以添加的功能。

集合不涉及到修改元素。

3.3總結(jié)

使用分類教學(xué)法、對(duì)比教學(xué)法對(duì)四種內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作進(jìn)行總結(jié)歸類如下表所示：

對(duì)于不可變序列，不涉及到增加、刪除、修改操作，對(duì)于可變序列中，對(duì)比之后發(fā)現(xiàn)，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(jié)束語(yǔ)

Python的使用非常廣泛。通過(guò)簡(jiǎn)要介紹Python語(yǔ)言的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用分類、對(duì)比教學(xué)方法詳細(xì)分析了內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作，希望對(duì)Python語(yǔ)言的教學(xué)有幫助。