python字符串和常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識總結(jié)

更新時間：2019年05月21日 16:47:42 投稿：laozhang

在本文中我們系統(tǒng)的給大家整理了關(guān)于python字符串和常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識點以及實例代碼，需要的朋友們學習下。

使用字符串

第二次世界大戰(zhàn)促使了現(xiàn)代電子計算機的誕生，當初的想法很簡單，就是用計算機來計算導彈的彈道，因此在計算機剛剛誕生的那個年代，計算機處理的信息主要是數(shù)值，而世界上的第一臺電子計算機ENIAC每秒鐘能夠完成約5000次浮點運算。隨著時間的推移，雖然對數(shù)值運算仍然是計算機日常工作中最為重要的事情之一，但是今天的計算機處理得更多的數(shù)據(jù)都是以文本信息的方式存在的，而Python表示文本信息的方式我們在很早以前就說過了，那就是字符串類型。所謂字符串，就是由零個或多個字符組成的有限序列，一般記為$${\displaystyle s=a_{1}a_{2}\dots a_{n}(0\leq n \leq \infty)}$$。

我們可以通過下面的代碼來了解字符串的使用。

def main():
 str1 = 'hello, world!'
 # 通過len函數(shù)計算字符串的長度
 print(len(str1)) # 13
 # 獲得字符串首字母大寫的拷貝
 print(str1.capitalize()) # Hello, world!
 # 獲得字符串變大寫后的拷貝
 print(str1.upper()) # HELLO, WORLD!
 # 從字符串中查找子串所在位置
 print(str1.find('or')) # 8
 print(str1.find('shit')) # -1
 # 與find類似但找不到子串時會引發(fā)異常
 # print(str1.index('or'))
 # print(str1.index('shit'))
 # 檢查字符串是否以指定的字符串開頭
 print(str1.startswith('He')) # False
 print(str1.startswith('hel')) # True
 # 檢查字符串是否以指定的字符串結(jié)尾
 print(str1.endswith('!')) # True
 # 將字符串以指定的寬度居中并在兩側(cè)填充指定的字符
 print(str1.center(50, '*'))
 # 將字符串以指定的寬度靠右放置左側(cè)填充指定的字符
 print(str1.rjust(50, ' '))
 str2 = 'abc123456'
 # 從字符串中取出指定位置的字符(下標運算)
 print(str2[2]) # c
 # 字符串切片(從指定的開始索引到指定的結(jié)束索引)
 print(str2[2:5]) # c12
 print(str2[2:]) # c123456
 print(str2[2::2]) # c246
 print(str2[::2]) # ac246
 print(str2[::-1]) # 654321cba
 print(str2[-3:-1]) # 45
 # 檢查字符串是否由數(shù)字構(gòu)成
 print(str2.isdigit()) # False
 # 檢查字符串是否以字母構(gòu)成
 print(str2.isalpha()) # False
 # 檢查字符串是否以數(shù)字和字母構(gòu)成
 print(str2.isalnum()) # True
 str3 = ' jackfrued@126.com '
 print(str3)
 # 獲得字符串修剪左右兩側(cè)空格的拷貝
 print(str3.strip())


if __name__ == '__main__':
 main()

除了字符串，Python還內(nèi)置了多種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果要在程序中保存和操作數(shù)據(jù)，絕大多數(shù)時候可以利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，最常用的包括列表、元組、集合和字典。

使用列表

下面的代碼演示了如何定義列表、使用下標訪問列表元素以及添加和刪除元素的操作。

def main():
 list1 = [1, 3, 5, 7, 100]
 print(list1)
 list2 = ['hello'] * 5
 print(list2)
 # 計算列表長度(元素個數(shù))
 print(len(list1))
 # 下標(索引)運算
 print(list1[0])
 print(list1[4])
 # print(list1[5]) # IndexError: list index out of range
 print(list1[-1])
 print(list1[-3])
 list1[2] = 300
 print(list1)
 # 添加元素
 list1.append(200)
 list1.insert(1, 400)
 list1 += [1000, 2000]
 print(list1)
 print(len(list1))
 # 刪除元素
 list1.remove(3)
 if 1234 in list1:
  list1.remove(1234)
 del list1[0]
 print(list1)
 # 清空列表元素
 list1.clear()
 print(list1)


if __name__ == '__main__':
 main()

和字符串一樣，列表也可以做切片操作，通過切片操作我們可以實現(xiàn)對列表的復制或者將列表中的一部分取出來創(chuàng)建出新的列表，代碼如下所示。

def main():
 fruits = ['grape', 'apple', 'strawberry', 'waxberry']
	fruits += ['pitaya', 'pear', 'mango']
	# 循環(huán)遍歷列表元素
 for fruit in fruits:
  print(fruit.title(), end=' ')
 print()
 # 列表切片
 fruits2 = fruits[1:4]
 print(fruits2)
 # fruit3 = fruits # 沒有復制列表只創(chuàng)建了新的引用
 # 可以通過完整切片操作來復制列表
 fruits3 = fruits[:]
 print(fruits3)
 fruits4 = fruits[-3:-1]
 print(fruits4)
 # 可以通過反向切片操作來獲得倒轉(zhuǎn)后的列表的拷貝
 fruits5 = fruits[::-1]
 print(fruits5)


if __name__ == '__main__':
 main()

下面的代碼實現(xiàn)了對列表的排序操作。

def main():
 list1 = ['orange', 'apple', 'zoo', 'internationalization', 'blueberry']
 list2 = sorted(list1)
 # sorted函數(shù)返回列表排序后的拷貝不會修改傳入的列表
 # 函數(shù)的設計就應該像sorted函數(shù)一樣盡可能不產(chǎn)生副作用
 list3 = sorted(list1, reverse=True)
 # 通過key關(guān)鍵字參數(shù)指定根據(jù)字符串長度進行排序而不是默認的字母表順序
 list4 = sorted(list1, key=len)
 print(list1)
 print(list2)
 print(list3)
 print(list4)
 # 給列表對象發(fā)出排序消息直接在列表對象上進行排序
 list1.sort(reverse=True)
 print(list1)


if __name__ == '__main__':
 main()

我們還可以使用列表的生成式語法來創(chuàng)建列表，代碼如下所示。

import sys


def main():
 f = [x for x in range(1, 10)]
 print(f)
 f = [x + y for x in 'ABCDE' for y in '1234567']
 print(f)
 # 用列表的生成表達式語法創(chuàng)建列表容器
 # 用這種語法創(chuàng)建列表之后元素已經(jīng)準備就緒所以需要耗費較多的內(nèi)存空間
 f = [x ** 2 for x in range(1, 1000)]
 print(sys.getsizeof(f)) # 查看對象占用內(nèi)存的字節(jié)數(shù)
 print(f)
 # 請注意下面的代碼創(chuàng)建的不是一個列表而是一個生成器對象
 # 通過生成器可以獲取到數(shù)據(jù)但它不占用額外的空間存儲數(shù)據(jù)
 # 每次需要數(shù)據(jù)的時候就通過內(nèi)部的運算得到數(shù)據(jù)(需要花費額外的時間)
 f = (x ** 2 for x in range(1, 1000))
 print(sys.getsizeof(f)) # 相比生成式生成器不占用存儲數(shù)據(jù)的空間
 print(f)
 for val in f:
  print(val)


if __name__ == '__main__':
 main()

除了上面提到的生成器語法，Python中還有另外一種定義生成器的方式，就是通過yield關(guān)鍵字將一個普通函數(shù)改造成生成器函數(shù)。下面的代碼演示了如何實現(xiàn)一個生成斐波拉切數(shù)列的生成器。所謂斐波拉切數(shù)列可以通過下面遞歸的方法來進行定義：

$${\displaystyle F_{0}=0}$$

$${\displaystyle F_{1}=1}$$

$${\displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}}({n}\geq{2})$$

def fib(n):
 a, b = 0, 1
 for _ in range(n):
  a, b = b, a + b
  yield a


def main():
 for val in fib(20):
  print(val)


if __name__ == '__main__':
 main()

使用元組

Python 的元組與列表類似，不同之處在于元組的元素不能修改，在前面的代碼中我們已經(jīng)不止一次使用過元組了。顧名思義，我們把多個元素組合到一起就形成了一個元組，所以它和列表一樣可以保存多條數(shù)據(jù)。下面的代碼演示了如何定義和使用元組。

def main():
 # 定義元組
 t = ('駱昊', 38, True, '四川成都')
 print(t)
 # 獲取元組中的元素
 print(t[0])
 print(t[3])
 # 遍歷元組中的值
 for member in t:
  print(member)
 # 重新給元組賦值
 # t[0] = '王大錘' # TypeError
 # 變量t重新引用了新的元組原來的元組將被垃圾回收
 t = ('王大錘', 20, True, '云南昆明')
 print(t)
 # 將元組轉(zhuǎn)換成列表
 person = list(t)
 print(person)
 # 列表是可以修改它的元素的
 person[0] = '李小龍'
 person[1] = 25
 print(person)
 # 將列表轉(zhuǎn)換成元組
 fruits_list = ['apple', 'banana', 'orange']
 fruits_tuple = tuple(fruits_list)
 print(fruits_tuple)


if __name__ == '__main__':
 main()

這里有一個非常值得探討的問題，我們已經(jīng)有了列表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為什么還需要元組這樣的類型呢？

1、元組中的元素是無法修改的，事實上我們在項目中尤其是多線程環(huán)境（后面會講到）中可能更喜歡使用的是那些不變對象（一方面因為對象狀態(tài)不能修改，所以可以避免由此引起的不必要的程序錯誤，簡單的說就是一個不變的對象要比可變的對象更加容易維護；另一方面因為沒有任何一個線程能夠修改不變對象的內(nèi)部狀態(tài)，一個不變對象自動就是線程安全的，這樣就可以省掉處理同步化的開銷。一個不變對象可以方便的被共享訪問）。所以結(jié)論就是：如果不需要對元素進行添加、刪除、修改的時候，可以考慮使用元組，當然如果一個方法要返回多個值，使用元組也是不錯的選擇。

2、元組在創(chuàng)建時間和占用的空間上面都優(yōu)于列表。我們可以使用sys模塊的getsizeof函數(shù)來檢查存儲同樣的元素的元組和列表各自占用了多少內(nèi)存空間，這個很容易做到。我們也可以在ipython中使用魔法指令%timeit來分析創(chuàng)建同樣內(nèi)容的元組和列表所花費的時間，下圖是我的macOS系統(tǒng)上測試的結(jié)果。

使用集合

Python中的集合跟數(shù)學上的集合是一致的，不允許有重復元素，而且可以進行交集、并集、差集等運算。

def main():
 set1 = {1, 2, 3, 3, 3, 2}
 print(set1)
 print('Length =', len(set1))
 set2 = set(range(1, 10))
 print(set2)
 set1.add(4)
 set1.add(5)
 set2.update([11, 12])
 print(set1)
 print(set2)
 set2.discard(5)
 # remove的元素如果不存在會引發(fā)KeyError
 if 4 in set2:
  set2.remove(4)
 print(set2)
 # 遍歷集合容器
 for elem in set2:
  print(elem ** 2, end=' ')
 print()
 # 將元組轉(zhuǎn)換成集合
 set3 = set((1, 2, 3, 3, 2, 1))
 print(set3.pop())
 print(set3)
 # 集合的交集、并集、差集、對稱差運算
 print(set1 & set2)
 # print(set1.intersection(set2))
 print(set1 | set2)
 # print(set1.union(set2))
 print(set1 - set2)
 # print(set1.difference(set2))
 print(set1 ^ set2)
 # print(set1.symmetric_difference(set2))
 # 判斷子集和超集
 print(set2 <= set1)
 # print(set2.issubset(set1))
 print(set3 <= set1)
 # print(set3.issubset(set1))
 print(set1 >= set2)
 # print(set1.issuperset(set2))
 print(set1 >= set3)
 # print(set1.issuperset(set3))


if __name__ == '__main__':
 main()

說明： Python中允許通過一些特殊的方法來為某種類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自定義運算符（后面的章節(jié)中會講到），上面的代碼中我們對集合進行運算的時候可以調(diào)用集合對象的方法，也可以直接使用對應的運算符，例如&運算符跟intersection方法的作用就是一樣的，但是使用運算符讓代碼更加直觀。

使用字典

字典是另一種可變?nèi)萜髂Ｐ?，類似于我們生活中使用的字典，它可以存儲任意類型對象，與列表、集合不同的是，字典的每個元素都是由一個鍵和一個值組成的“鍵值對”，鍵和值通過冒號分開。下面的代碼演示了如何定義和使用字典。

def main():
 scores = {'駱昊': 95, '白元芳': 78, '狄仁杰': 82}
 # 通過鍵可以獲取字典中對應的值
 print(scores['駱昊'])
 print(scores['狄仁杰'])
 # 對字典進行遍歷(遍歷的其實是鍵再通過鍵取對應的值)
 for elem in scores:
  print('%s\t--->\t%d' % (elem, scores[elem]))
 # 更新字典中的元素
 scores['白元芳'] = 65
 scores['諸葛王朗'] = 71
 scores.update(冷面=67, 方啟鶴=85)
 print(scores)
 if '武則天' in scores:
  print(scores['武則天'])
 print(scores.get('武則天'))
 # get方法也是通過鍵獲取對應的值但是可以設置默認值
 print(scores.get('武則天', 60))
 # 刪除字典中的元素
 print(scores.popitem())
 print(scores.popitem())
 print(scores.pop('駱昊', 100))
 # 清空字典
 scores.clear()
 print(scores)


if __name__ == '__main__':
 main()

練習

練習1：在屏幕上顯示跑馬燈文字

import os
import time


def main():
 content = '北京歡迎你為你開天辟地…………'
 while True:
  # 清理屏幕上的輸出
  os.system('cls') # os.system('clear')
  print(content)
  # 休眠200毫秒
  time.sleep(0.2)
  content = content[1:] + content[0]


if __name__ == '__main__':
 main()

練習2：設計一個函數(shù)產(chǎn)生指定長度的驗證碼，驗證碼由大小寫字母和數(shù)字構(gòu)成。

import random


def generate_code(code_len=4):
 """
 生成指定長度的驗證碼

 :param code_len: 驗證碼的長度(默認4個字符)

 :return: 由大小寫英文字母和數(shù)字構(gòu)成的隨機驗證碼
 """
 all_chars = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
 last_pos = len(all_chars) - 1
 code = ''
 for _ in range(code_len):
  index = random.randint(0, last_pos)
  code += all_chars[index]
 return code

練習3：設計一個函數(shù)返回給定文件名的后綴名。

def get_suffix(filename, has_dot=False):
 """
 獲取文件名的后綴名

 :param filename: 文件名
 :param has_dot: 返回的后綴名是否需要帶點
 :return: 文件的后綴名
 """
 pos = filename.rfind('.')
 if 0 < pos < len(filename) - 1:
  index = pos if has_dot else pos + 1
  return filename[index:]
 else:
  return ''

練習4：設計一個函數(shù)返回傳入的列表中最大和第二大的元素的值。

def max2(x):
 m1, m2 = (x[0], x[1]) if x[0] > x[1] else (x[1], x[0])
 for index in range(2, len(x)):
  if x[index] > m1:
   m2 = m1
   m1 = x[index]
  elif x[index] > m2:
   m2 = x[index]
 return m1, m2

練習5：計算指定的年月日是這一年的第幾天

def is_leap_year(year):
 """
 判斷指定的年份是不是閏年

 :param year: 年份
 :return: 閏年返回True平年返回False
 """
 return year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or year % 400 == 0


def which_day(year, month, date):
 """
 計算傳入的日期是這一年的第幾天

 :param year: 年
 :param month: 月
 :param date: 日
 :return: 第幾天
 """
 days_of_month = [
  [31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31],
  [31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]
 ][is_leap_year(year)]
 total = 0
 for index in range(month - 1):
  total += days_of_month[index]
 return total + date


def main():
 print(which_day(1980, 11, 28))
 print(which_day(1981, 12, 31))
 print(which_day(2018, 1, 1))
 print(which_day(2016, 3, 1))


if __name__ == '__main__':
 main()

練習6：打印楊輝三角。

def main():
 num = int(input('Number of rows: '))
 yh = [[]] * num
 for row in range(len(yh)):
  yh[row] = [None] * (row + 1)
  for col in range(len(yh[row])):
   if col == 0 or col == row:
    yh[row][col] = 1
   else:
    yh[row][col] = yh[row - 1][col] + yh[row - 1][col - 1]
   print(yh[row][col], end='\t')
  print()


if __name__ == '__main__':
 main()

綜合案例

案例1：雙色球選號

from random import randrange, randint, sample


def display(balls):
 """
 輸出列表中的雙色球號碼
 """
 for index, ball in enumerate(balls):
  if index == len(balls) - 1:
   print('|', end=' ')
  print('%02d' % ball, end=' ')
 print()


def random_select():
 """
 隨機選擇一組號碼
 """
 red_balls = [x for x in range(1, 34)]
 selected_balls = []
 selected_balls = sample(red_balls, 6)
 selected_balls.sort()
 selected_balls.append(randint(1, 16))
 return selected_balls


def main():
 n = int(input('機選幾注: '))
 for _ in range(n):
  display(random_select())


if __name__ == '__main__':
 main()

說明：上面使用random模塊的sample函數(shù)來實現(xiàn)從列表中選擇不重復的n個元素。

綜合案例2：約瑟夫環(huán)問題

"""
《幸運的基督徒》
有15個基督徒和15個非基督徒在海上遇險，為了能讓一部分人活下來不得不將其中15個人扔到海里面去，有個人想了個辦法就是大家圍成一個圈，由某個人開始從1報數(shù)，報到9的人就扔到海里面，他后面的人接著從1開始報數(shù)，報到9的人繼續(xù)扔到海里面，直到扔掉15個人。由于上帝的保佑，15個基督徒都幸免于難，問這些人最開始是怎么站的，哪些位置是基督徒哪些位置是非基督徒。
"""


def main():
 persons = [True] * 30
 counter, index, number = 0, 0, 0
 while counter < 15:
  if persons[index]:
   number += 1
   if number == 9:
    persons[index] = False
    counter += 1
    number = 0
  index += 1
  index %= 30
 for person in persons:
  print('基' if person else '非', end='')


if __name__ == '__main__':
 main()

綜合案例3：井字棋游戲

import os


def print_board(board):
 print(board['TL'] + '|' + board['TM'] + '|' + board['TR'])
 print('-+-+-')
 print(board['ML'] + '|' + board['MM'] + '|' + board['MR'])
 print('-+-+-')
 print(board['BL'] + '|' + board['BM'] + '|' + board['BR'])


def main():
 init_board = {
  'TL': ' ', 'TM': ' ', 'TR': ' ',
  'ML': ' ', 'MM': ' ', 'MR': ' ',
  'BL': ' ', 'BM': ' ', 'BR': ' '
 }
 begin = True
 while begin:
  curr_board = init_board.copy()
  begin = False
  turn = 'x'
  counter = 0
  os.system('clear')
  print_board(curr_board)
  while counter < 9:
   move = input('輪到%s走棋, 請輸入位置: ' % turn)
   if curr_board[move] == ' ':
    counter += 1
    curr_board[move] = turn
    if turn == 'x':
     turn = 'o'
    else:
     turn = 'x'
   os.system('clear')
   print_board(curr_board)
  choice = input('再玩一局?(yes|no)')
  begin = choice == 'yes'


if __name__ == '__main__':
 main()

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