概述
- 在深入研究數(shù)據(jù)科學(xué)和模型構(gòu)建之前，Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個需要學(xué)習(xí)的關(guān)鍵概念
- 了解Python提供的不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括列表、元組等
介紹
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聽起來是一個非常直截了當(dāng)?shù)脑掝}，但許多數(shù)據(jù)科學(xué)和分析的新手并不知道它是什么。當(dāng)我詢問這些人關(guān)于Python中不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它們是如何工作的時，他們一片空白。
Python是一種很容易學(xué)習(xí)的編程語言，但是我們需要先弄清楚我們的基本知識，然后再深入研究有吸引力的機(jī)器學(xué)習(xí)。這是因為在我們執(zhí)行的每一個數(shù)據(jù)探索任務(wù)背后，甚至在我們采取的分析步驟背后，都有一個數(shù)據(jù)存儲和組織的基本元素。
而且這是一個無需考慮的問題——當(dāng)我們高效地存儲數(shù)據(jù)時，提取信息變得非常容易。由于我們的代碼運行得更快，我們節(jié)省了大量的時間——誰不希望這樣呢？
所以我希望你掌握Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在本文中，我們將探討Python中的基本內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)你在現(xiàn)實世界中處理數(shù)據(jù)時，這些結(jié)構(gòu)將非常有用。所以無論你是數(shù)據(jù)科學(xué)家還是分析師，這篇文章對你來說都同樣重要。
目錄
- Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1:Python中的列表創(chuàng)建列表訪問列表元素在列表中追加值從列表中刪除元素排序列表串聯(lián)列表列表解析使用列表堆棧和隊列
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2:Python中的元組在Python中創(chuàng)建元組元組的不變性元組賦值更改元組值
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3:Python中的字典生成字典訪問鍵和值
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4:Python中的集合從集合中添加和刪除元素集合的操作
Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是高效存儲和組織數(shù)據(jù)的一種方法。這將允許你輕松訪問和執(zhí)行數(shù)據(jù)操作。
在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，沒有一種適合所有類型的模型。你將需要以不同的方式存儲數(shù)據(jù)，以滿足一時需要。也許你想把所有類型的數(shù)據(jù)存儲在一起，或者你想要一些更快的數(shù)據(jù)搜索，或者一些只存儲不同數(shù)據(jù)項的東西。
幸運的是，Python有許多內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以幫助我們輕松地組織數(shù)據(jù)。因此，有必要先了解這些，以便我們在處理數(shù)據(jù)時，確切地知道哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將有效地解決我們的目的。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1:Python中的列表
Python中的列表是最通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它們用于存儲異構(gòu)數(shù)據(jù)項，從整數(shù)到字符串，甚至是另一個列表！它們也是可變的，這意味著即使在創(chuàng)建列表之后，它們的元素也可以更改。
創(chuàng)建列表
列表是通過將元素括在[]內(nèi)創(chuàng)建的，每個項用逗號分隔：
由于列表中的每個元素都有自己不同的位置，因此在列表中具有重復(fù)的值不是問題：
訪問列表元素
要訪問列表的元素，我們使用索引。列表中的每個元素都有一個與其相關(guān)的索引，這取決于它在列表中的位置。列表的第一個元素有索引0，下一個元素有索引1，依此類推。列表的最后一個元素的索引小于列表的長度。
但索引不一定總是正的，也可能是負(fù)的。你認(rèn)為負(fù)索引意味著什么？
正索引從列表開始開始計數(shù)，而負(fù)索引從列表末尾開始計數(shù)。如果我們想從列表的末尾返回第n個元素，這就避免了我們必須執(zhí)行的瑣碎計算。因此，對于列表的最后一項，我們不需要返回List_name[len(List_name)-1] 元素，只需編寫List_name[-1]。
使用負(fù)索引，我們可以輕松地返回列表末尾的第n個元素。如果我們想從結(jié)尾返回第一個元素，或者最后一個索引，那么關(guān)聯(lián)的索引是-1。類似地，倒數(shù)第二個元素的索引將是-2，依此類推。記住，第0個索引仍然引用列表中的第一個元素。
但是如果我們想返回列表中兩個位置之間的一系列元素呢？這叫做切片。我們要做的就是指定開始和結(jié)束索引，例如List_name[start : end]。
這里要記住的一件重要的事情是，結(jié)束索引處的元素永遠(yuǎn)不包含在內(nèi)。只返回從開start索引到等于end-1索引的元素。
在列表中追加值
我們可以使用Append()或 insert() 方法向現(xiàn)有列表中添加新元素：
- append()，在列表末尾添加一個元素
- insert()，在指定的特定位置將元素添加到列表
從列表中刪除元素
從列表中刪除元素與添加元素一樣簡單，可以使用remove()或pop()方法完成：
- remove()–從列表中刪除與給定值匹配的第一個匹配項
- pop()–當(dāng)我們要從列表中移除指定索引處的元素時使用。但是，如果我們不提供索引值，最后一個元素將從列表中刪除
排序列表
大多數(shù)情況下，你將使用列表對元素進(jìn)行排序。因此了解sort()方法非常重要。它允許你按升序或降序?qū)α斜碓剡M(jìn)行就地排序：
但是當(dāng)你想要對包含字符串元素的列表進(jìn)行排序時，事情就變得有點棘手了。你如何比較兩個字符串？好吧，字符串值是使用字符串中字符的ASCII值排序的。字符串中的每個字符都有一個與其關(guān)聯(lián)的整數(shù)值。我們使用這些值對字符串進(jìn)行排序。
在比較兩個字符串時，我們只是從一開始比較每個字符的整數(shù)值。如果在兩個字符串中遇到相同的字符，我們只需比較下一個字符，直到找到兩個不同的字符。當(dāng)然，這是內(nèi)部完成的，所以你不必?fù)?dān)心！
合并列表
我們甚至可以通過簡單地使用+符號連接兩個或多個列表。這將返回一個新列表，其中包含兩個列表中的元素：
列表解析
列表的一個非常有趣的應(yīng)用是列表解析，它提供了一種創(chuàng)建新列表的簡潔方法。這些新列表是通過對現(xiàn)有列表的每個元素應(yīng)用操作創(chuàng)建的。如果我們首先檢查一下如何使用舊的for循環(huán)來完成它：
現(xiàn)在，我們將看到如何使用列表理解簡潔地執(zhí)行此操作：
看到區(qū)別了嗎？列表解析對于任何數(shù)據(jù)科學(xué)家來說都是一項有用的語法，因為你可以看到和編寫簡明易讀的代碼！
堆棧和隊列
列表是Python中內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但我們可以使用它來創(chuàng)建用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用列表構(gòu)建的兩種非常流行的用戶定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是棧和隊列。
棧是一個元素列表，其中元素的添加或刪除是從列表的末尾開始的。把它想象成一堆書。當(dāng)你需要從書堆中添加或刪除一本書時，你可以從頂部開始。它使用了后進(jìn)先出的簡單概念。
另一方面，隊列是一個元素列表，其中元素的添加發(fā)生在列表的末尾，而元素的刪除則發(fā)生在列表的前面。你可以把它想象成現(xiàn)實世界中的一個隊列。當(dāng)前面的人離開隊列時，隊列變短。當(dāng)有新成員從末尾添加到隊列中時，隊列將變長。它使用先進(jìn)先出的概念。
現(xiàn)在，作為一個數(shù)據(jù)科學(xué)家或分析師，你可能不是每天都在使用這個概念，但是當(dāng)你必須構(gòu)建自己的算法時，它肯定會幫助你！
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2:Python中的元組
元組是Python中另一種非常流行的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它們與列表非常相似，只不過有一個區(qū)別，它們是不可變的。這意味著一旦生成元組，就不能添加、刪除或編輯任何值。
我們將進(jìn)一步探討這個問題，但首先讓我們看看如何在Python中創(chuàng)建元組！
在Python中創(chuàng)建元組
元組可以通過在（括號）內(nèi)寫入值來生成，每個元素用逗號分隔。但是，即使你寫了一堆沒有任何括號的值并把它們賦給一個變量，你最終還是會得到一個元組！
好了，現(xiàn)在我們知道了如何創(chuàng)建元組，讓我們討論一下不變性。
元組的不變性
在Python中，任何在創(chuàng)建后不能修改的內(nèi)容都是不可變的。Python語言可以分解為可變和不可變的對象。
列表、字典、集合（我們將在后面的章節(jié)中探討這些）是可變對象，這意味著它們可以在創(chuàng)建后修改。另一方面，整數(shù)、浮點數(shù)、布爾值、字符串甚至元組都是不可變的對象。但是，是什么使它們不可改變呢？
Python中的所有內(nèi)容都是一個對象。所以我們可以使用內(nèi)置的id()方法來檢查對象的內(nèi)存位置。這被稱為對象的標(biāo)識。讓我們創(chuàng)建一個列表并確定列表及其元素的位置：
如你所見，列表及其元素在內(nèi)存中都有不同的位置。因為我們知道列表是可變的，所以我們可以改變其元素的值。讓我們這樣做，看看它如何影響：
列表的位置沒有改變，但元素的位置改變了。這意味著為元素創(chuàng)建了一個新對象并保存在列表中。這就是可變的意思。可變對象可以在創(chuàng)建后更改其狀態(tài)或內(nèi)容，但不可變對象不能這樣做。
但是我們可以調(diào)用元組偽不可變，因為即使它們是不可變的，它們也可以包含其值可以修改的可變對象！
從上面的示例中可以看到，我們能夠更改元組中包含的不可變對象list的值。
元組賦值
元組打包和解包是一些有用的操作，你可以執(zhí)行這些操作來將值賦給單行中另一個元組。
當(dāng)我們制造元組時，我們已經(jīng)看到了元組的打包。元組解包與打包相反。
它對于在一行中交換值非常有用。老實說，這是讓我對Python感到興奮的第一件事，能夠用這么少的代碼做這么多事情！
更改元組值
雖然我說過元組值不能更改，但實際上可以通過使用list（）將其轉(zhuǎn)換為列表來對其進(jìn)行更改。完成更改后，可以再次使用tuple（）將其轉(zhuǎn)換回元組。
然而，這種更改非常昂貴，因為它需要復(fù)制元組。但是，當(dāng)你不希望其他人更改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時，元組就派上了用場。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3:Python中的字典
Dictionary是另一種Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲不可變但無序的異構(gòu)對象。這意味著當(dāng)你試圖訪問這些元素時，它們的順序可能與你插入它們的順序不完全相同。
但是，使詞典與列表區(qū)別開來的是元素在其中的存儲方式。字典中的元素是通過它們的鍵值而不是它們的索引來訪問的，正如我們在列表中所做的那樣。所以字典包含鍵值對，而不僅僅是單個元素。
生成詞典
字典是通過{}括號內(nèi)寫入鍵和值生成的。每個鍵值對用逗號分隔：
使用鍵，我們可以輕松提取關(guān)聯(lián)值：
這些鍵是獨一無二的。但是，即使字典中有多個項具有相同的鍵，項的值為最后一個鍵關(guān)聯(lián)的值：
字典對于快速訪問項非常有用，因為與列表和元組不同，字典不必遍歷所有找到值的項。字典使用哈希提高性能。
訪問鍵和值
你可以使用 keys() 方法從字典訪問鍵，使用values()方法訪問值。我們可以使用for循環(huán)查看它們，也可以使用list()將它們轉(zhuǎn)換為列表：
我們甚至可以使用items()方法同時訪問這些值，該方法返回字典中每個元素的相應(yīng)鍵值對。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4:Python中的集合
有時不希望在列表或元組中多次出現(xiàn)同一個元素。在這里，你可以使用集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Set是一個無序但可變的元素集合，它只包含唯一的值。
你將看到這些值的順序與在集合中輸入的順序不同。這是因為集合是無序的。
從集合中添加和移除元素
要向集合中添加值，請使用add()方法。它允許你添加除可變對象以外的任何值：
要從集合中移除值，有兩個選項可供選擇：
- 第一個是remove()方法，如果元素不在集合中，它會給出一個錯誤
- 第二個是discard() 方法，它刪除元素，但當(dāng)元素不在集合中時不會出錯
如果該值不存在，remove()將給出一個錯誤，而discard() 則不會。
集合操作
使用Python集，你可以執(zhí)行兩個集之間的并集、交集和差集等操作，就像在數(shù)學(xué)中一樣。
兩個集合的并集給出兩個集合的值。但這些值是獨一無二的。因此，如果兩個集合包含相同的值，則只返回一個副本：
兩個集合的交集只返回兩個集合共有的值：
一個集合與另一個集合的差集只給出第一個集合中不存在的值：
結(jié)尾
Python是一種漂亮的語言。它為你提供了許多選項來更有效地處理數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)Python中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是你學(xué)習(xí)過程中的一個關(guān)鍵。
