Python数据结构：列表与字典操作

Python中的列表（List）和字典（Dictionary）是两种最常用的数据结构。列表类似于数组，字典是一种键值对数据结构。本文将详细介绍这两种数据结构的用法。

一、列表（List）

1. 基本操作

# 创建列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]

# 访问元素
print(fruits[0])   # apple
print(fruits[-1])  # cherry

# 修改元素
fruits[0] = "orange"
print(fruits)  # ['orange', 'banana', 'cherry']

2. 列表方法

# 添加元素
fruits = ["apple", "banana"]
fruits.append("cherry")    # 末尾添加
fruits.insert(0, "orange")  # 指定位置插入
fruits.extend(["grape", "melon"])  # 扩展列表

# 删除元素
fruits.remove("banana")  # 移除第一个匹配项
fruits.pop()             # 移除末尾元素
del fruits[0]            # 删除指定位置元素

# 其他操作
fruits.sort()            # 排序
fruits.reverse()         # 反转
print(len(fruits))       # 长度
print("apple" in fruits) # 成员检查

3. 列表切片

numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5]

print(numbers[1:4])    # [1, 2, 3]
print(numbers[:3])      # [0, 1, 2]
print(numbers[3:])      # [3, 4, 5]
print(numbers[::2])     # [0, 2, 4]
print(numbers[::-1])    # [5, 4, 3, 2, 1, 0]

二、字典（Dictionary）

1. 基本操作

# 创建字典
person = {
    "name": "Alice",
    "age": 25,
    "city": "Beijing"
}

# 访问元素
print(person["name"])           # Alice
print(person.get("age"))        # 25
print(person.get("country", "Unknown"))  # Unknown（默认值）

# 修改元素
person["age"] = 26
person["country"] = "China"

2. 字典方法

person = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Beijing"}

# 获取所有键
print(person.keys())     # dict_keys(['name', 'age', 'city'])

# 获取所有值
print(person.values())   # dict_values(['Alice', 25, 'Beijing'])

# 获取所有键值对
print(person.items())    # dict_items([('name', 'Alice'), ...])

# 删除元素
del person["city"]
age = person.pop("age")

# 更新字典
person.update({"country": "China", "age": 26})

3. 字典遍历

person = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Beijing"}

# 遍历键
for key in person:
    print(key)

# 遍历值
for value in person.values():
    print(value)

# 遍历键值对
for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

三、综合示例

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
列表和字典综合示例
"""

def list_operations():
    """列表操作"""
    print("=== 列表操作 ===")
    numbers = [5, 2, 8, 1, 9]

    # 添加
    numbers.append(3)
    print(f"添加后: {numbers}")

    # 排序
    numbers.sort()
    print(f"排序后: {numbers}")

    # 最大最小
    print(f"最大值: {max(numbers)}")
    print(f"最小值: {min(numbers)}")

    # 求和
    print(f"总和: {sum(numbers)}")

def dict_operations():
    """字典操作"""
    print("\n=== 字典操作 ===")
    students = {
        "Alice": 85,
        "Bob": 92,
        "Charlie": 78
    }

    # 添加
    students["David"] = 88
    print(f"添加后: {students}")

    # 更新
    students["Alice"] = 90
    print(f"更新后: {students}")

    # 遍历
    for name, score in students.items():
        print(f"{name}: {score}")

def word_frequency():
    """统计单词频率"""
    print("\n=== 单词频率统计 ===")
    text = "apple banana apple cherry banana apple"
    words = text.split()

    frequency = {}
    for word in words:
        frequency[word] = frequency.get(word, 0) + 1

    print(f"频率统计: {frequency}")

def demo():
    """演示"""
    list_operations()
    dict_operations()
    word_frequency()

if __name__ == "__main__":
    demo()

四、注意事项

1. 列表是可变的

# 列表引用
a = [1, 2, 3]
b = a
b.append(4)
print(a)  # [1, 2, 3, 4]（a也被修改）

# 复制列表
a = [1, 2, 3]
b = a.copy()
# 或 b = list(a)
# 或 b = a[:]
b.append(4)
print(a)  # [1, 2, 3]（a未被修改）

2. 字典键必须是可哈希的

# 可作为键的类型：字符串、数字、元组
valid_dict = {"a": 1, 1: 2, (1, 2): 3}

# 不可作为键的类型：列表、字典
# invalid_dict = {[1, 2]: 3}  # 错误

3. 使用 defaultdict

from collections import defaultdict

# 自动创建默认值
d = defaultdict(int)
for char in "hello":
    d[char] += 1
print(dict(d))  # {'h': 1, 'e': 1, 'l': 2, 'o': 1}