项目2 定义数据结构存储数据（课件）-《Python程序设计》同步教学（机工教育版）

项目2 定义数据结构存储数据 2023年12月 1 定义字符串 目录 Content 1 定义列表 2 定义元组 3 定义字典 4 定义集合 5 项目导言 零 在使用Python编写一个程序完成指定任务时，使用基础的语法、数据类型和变量定义是远不能满足需求的，当遇到需要保存一组数据时，根据数据量创建与数据量一致的变量显示是不现实的，不但耗时费力，还会使程序运行占用大量内存，影响程序运行速度，在这种情况下，可通过使用Python中的字符串、列表、元组、字典和集合去解决，本项目主要通过对数据结构存储数据的知识进行讲解，解决存储一组数据的问题。 3 学习目标 零 知识目标 了解Python中的数据机构； 熟悉数据结构存储的数据类型； 掌握各数据结构创建和操作方法； 掌握使用个数据结构存储数据的应用场景。 能力目标 具备根据不同场景选择数据结构的能力； 具备创建和管理数据结构的能力； 具备使用数据结构存储数据的能力。 素养目标 具有良好的人际沟通能和交往能力； 具有较强的适应能力； 具有吃苦耐劳的精神； 具备良好的心里素质。 4 任务2-1：定义字符串 壹 1 字符串内置方法 在Python中，字符串是一种常用的数据类型，可通过多种创建字符串的方式，包括单引号、双引号或三引号方式，其中，单引号和双引号只能对单行字符串进行定义，而三引号可以创建多行字符串，语法格式如下所示。 s1 = 'Hello World!' s2 = "Python is easy to learn." s3 = '''This is a multiline string. You can use three single quotes or three double quotes to create it.''' 5 任务2-1：定义字符串 壹 在字符串定义后，即可通过Python提供的多种字符串内置方法对字符串进行操作，包括字符串查找、替换、分割等，常用字符串内置方法见表所示。 方法 描述 find() 查找字符串 count() 统计字符串 replace() 替换字符串 split() 分割字符串 join() / + 连接字符串 strip() 去除字符串指定字符 isalpha() 判断字符串是否只包含字母字符 isdigit() 判断字符串是否只包含数字字符 isalnum() 判断字符串是否只包含字母和数字字符 lower() 将字符串中的所有字母转换为小写字母 upper() 将字符串中的所有字母转换为大写字母 capitalize() 将字符串第一个字符转换为大写字母，其余字符转换为小写字母 title() 将字符串中每个单词的首字母都转换为大写字母 6 任务2-1：定义字符串 壹 （1）字符串查找 在Python中，使用find()方法可以在字符串中从开头到结尾查找指定子字符串的位置，如果存在，则返回子字符串第一次出现的索引位置（下标），如果没有找到则返回-1，语法格式如下所示。 str.find(sub[, start[, end]]) 参数说明见表所示。 参数 描述 str 要搜索的字符串 sub 要查找的子字符串 start 查找子字符串的起始位置 end 查找子字符串的结束位置 7 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用find()方法在“Hello, World!”中查找字符串“o”、“World”、“Python”等，代码如下。 s = 'Hello, World!' print(s.find('o')) # 输出：4 print(s.find('World')) # 输出：7 print(s.find('Python')) # 输出：-1 print(s.find('o', 5, 10)) # 输出：7 （2）字符串统计 字符串统计指在字符串中区分大小写（大写字母和小写字母被认为是不同的字符）统计指定子字符串出现的次数。Python中，可使用count()方法实现，接受参数与find()方法基本相同，语法格式如下所示。 str.count(sub[, start[, end]]) 8 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用count()方法统计字母o在字符串“Hello, World!”中出现的次数，代码如下。 s = 'Hello, World!' print(s.count('o')) # 输出：2 （3）字符串替换 Python提供了一个replace()方法，可以将字符串中某个子字符串替换成另一个字符串，并返回替换后的完整字符串，而原始字符串并没有被修改，语法格式如下所示。 str.replace(old, new[, count]) 参数说明见表所示。 参数 描述 str 要搜索的字符串 old 要被替换的子字符串 new 替换后的新字符串 count 最多替换的次数，如果省略，则会将所有的旧字符串都替换为新字符串 9 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用replace()方法将字符串“Hello, World!”中的子字符串“World”替换为“Python”，代码如下。 s = 'Hello, World!' new_s = s.replace('World', 'Python') print(new_s) # 输出：Hello, Python! 10 任务2-1：定义字符串 壹 （4）字符串分割 str.split([sep[, maxsplit]]) Python字符串类型中提供了一个split()方法用于分割字符串，会将一个字符串按指定分隔符分割成多个子串，并以列表的形式返回所有子字符串，语法格式如下所示。 参数说明见表所示。 参数 描述 str 要分割的字符串 sep 分隔符，默认是空格字符 maxsplit 最多分割的次数，默认是 -1，表示分割所有子字符串 11 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用split()方法指定分隔符为逗号、字母o实现字符串“Hello, World!”的分割操作，代码如下。 s = 'Hello,World!' # 无分割符，返回原始字符串的列表形式 print(s.split()) # 输出：['Hello,World!'] # 分隔符为逗号 print(s.split(',')) # 输出：['Hello', 'World!'] # 分隔符为字母o print(s.split('o')) # 输出：['Hell', ',W', 'rld!'] # 分隔符为字母o，并且限定最大分割次数为1 print(s.split('o', 1)) # 输出：['Hell', ',World!'] 12 任务2-1：定义字符串 壹 （5）字符串连接 在Python，字符串的连接操作有两种方式，分别是使用加号（+）和join()方法。其中，使用加号（+）方式可以将两个或多个字符串连接起来成为一个新的字符串。例如，使用加号（+）将字符串“Hello”和“World”连接起来，代码如下。 a = 'Hello' b = 'World' c = a + ' ' + b print(c) # 输出：'Hello World' 13 任务2-1：定义字符串 壹 需要注意的是，使用加号（+）连接字符串对于少量的字符串无伤大雅，但对于大量的字符串连接操作，会导致大量的临时变量和内存开销。因此，在需要进行大量字符串连接操作时，通常使用join()方法将多个字符串连接成一个新的字符串，并返回连接后的字符串，语法格式如下所示。 sep.join(iterable) 参数说明见表所示。 参数 描述 sep 分隔符，默认是空格字符 iterable 表示要连接的序列或者可迭代对象，如列表、元组等 14 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用join()方法将字符串“apple”、“banana”和“orange”以逗号和空格（“, ”）为分隔符连接起来，代码如下。 lst = ['apple', 'banana', 'orange'] s = ', '.join(lst) print(s) # 输出：'apple, banana, orange' 需要注意的是，join()方法只能用于字符串之间的连接，如果需要将其他类型的数据转换成字符串并连接，需要先使用相应的转换函数（例如str()函数）将其转换成字符串类型。 15 任务2-1：定义字符串 壹 2 字符串操作符 在Python中，字符串操作符是一种用于对字符串进行操作的特殊语法，如加号（+）可以连接两个字符串，返回一个新的字符串，除此之外，Python还支持其他多种操作符，见表所示。 操作符 描述 * 将一个字符串重复多次，返回一个新的字符串 [] 通过下标获取字符串中指定位置的字符或者子串，返回一个单个字符或子串的新字符串 [:] 切片操作符，用于提取子串，返回一个新的子串字符串 in 判断一个字符串是否包含另一个子串，返回True或False not in 判断一个字符串是否不包含另一个子串，返回True或False 16 任务2-1：定义字符串 壹 2 字符串操作符 在Python中，字符串操作符是一种用于对字符串进行操作的特殊语法，如加号（+）可以连接两个字符串，返回一个新的字符串，除此之外，Python还支持其他多种操作符，见表所示。 操作符 描述 * 将一个字符串重复多次，返回一个新的字符串 [] 通过下标获取字符串中指定位置的字符或者子串，返回一个单个字符或子串的新字符串 [:] 切片操作符，用于提取子串，返回一个新的子串字符串 in 判断一个字符串是否包含另一个子串，返回True或False not in 判断一个字符串是否不包含另一个子串，返回True或False 17 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用字符串操作符来连接和重复字符串，代码如下。 str1 = "Hello" str2 = "World" # 使用 + 连接两个字符串 result1 = str1 + " " + str2 print(result1) # 输出: "Hello World" # 使用 * 重复字符串 result2 = str1 * 3 print(result2) # 输出: "HelloHelloHello" 18 任务2-1：定义字符串 壹 3 字符串操作符 Python字符串格式化是一种将值插入到字符串中的方法。字符串格式化可以将各种数据类型插入到字符串中，例如数字、字符串、列表等。Python中支持多种字符串格式化的方式，如使用百分号（%）进行字符串格式化、使用format()方法进行字符串格式化、使用f-string进行字符串格式化等。 （1）使用百分号（%）进行字符串格式化 该方式常被称为“旧式字符串格式化”，它使用百分号（%）作为占位符，将要插入的变量放在字符串中的占位符位置，语法格式如下所示。 print("格式字符串" % 值) 19 任务2-1：定义字符串 壹 其中，格式字符串包含一个或多个占位符，代表需要插入值的位置，常用占位符见表所示。 占位符 描述 %s 字符串 (无论是字符串对象还是其他类型的对象) %d 有符号整数 %f 浮点数 %e 科学计数法表示的浮点数 %x 十六进制整数 (字母小写) %X 十六进制整数 (字母大写) %% 输出%字符本身 %.Mf 格式化为浮点数，保留M位小数 %.Me 或 %.ME 格式化为科学计数法（e表示小写字母，E表示大写字母），保留M位小数 %.Nm 格式化为整数，至少占N位，不足部分使用0填充 20 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用百分号（%）将整数和浮点数插入到字符串中，代码如下。 my_int = 42 my_float = 3.14 result = "The int value is %d, the float value is %.2f" % (my_int, my_float) print(result) # 输出：'The int value is 42, the float value is 3.14' （2）使用format()方法进行字符串格式化 Python中的format()方法用于格式化字符串，它使用大括号{}作为占位符来指示将要插入值的位置，然后在format()方法中传递相应的参数来填充这些占位符，语法格式如下所示。 '{} {}'.format(arg1, arg2) 21 任务2-1：定义字符串 壹 其中，{}表示要插入到字符串中的参数的位置，arg1和arg2表示要插入的参数，可以是任意类型的变量，包括字符串、数字、布尔类型等。需要注意的是，arg1和arg2的个数可以是任意多个，可以按照顺序依次插入到字符串中。 除了使用上述的方法按照顺序进行插入，也可以通过指定位置进行插入，语法格式如下所示。 '{0} {1}, {2}'.format(arg1, arg2, arg3) 其中，{0} 表示要插入的第一个参数，{1} 表示要插入的第二个参数，{2} 表示要插入的第三个参数，对应的参数是arg1、arg2和arg3。 除了按照位置进行插入，也可以按照关键字进行插入，语法格式如下所示。 '{key1}{key2}'.format(key1=value1, key2=value2) 22 任务2-1：定义字符串 壹 其中，{key1} 表示要插入的关键字参数key1，{key2} 表示要插入的关键字参数key2。 并且，在进行格式化输出时，还可以使用一些常用的类型选项，例如 {:d} 表示要将参数作为整数进行格式化，{:f} 表示要将参数作为浮点数进行格式化，需要注意的是，这些类型选项可以和其他修饰符一起使用，常用格式化输出类型选项见表所示。 选项 描述 {} 默认类型，表示自动根据变量类型进行转换 {:<N} 左对齐，并且占N个字符的位置 {:>N} 右对齐，并且占N个字符的位置 {:^N} 居中对齐，并且占N个字符的位置 {:.Mf} 格式化为浮点数，保留M位小数 {:.Me} 或 {:.ME} 格式化为科学计数法（e表示小写字母，E表示大写字母），保留M位小数 {:.Nm} 格式化为整数，至少占N位，不足部分使用0填充（例如{:.2d}表示至少占2位的整数，不足部分使用0填充） {:X} 和 {:x} 将整数转换为十六进制数（大写或小写） 23 任务2-1：定义字符串 壹 除了上述类型选项外，还有一些修饰符可以用来指定输出的格式，常用输出格式修饰符见表所示。 修饰符 描述 : 是类型选项的分隔符，将类型选项和修饰符分开 , 在整数中使用逗号作为千位分隔符（例如{:,d}表示将整数格式化为千位分隔数字） _ 在浮点数中使用下划线作为千位分隔符（例如{:_f}表示使用下划线作为千位分隔符显示浮点数） 24 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用format()将整数和浮点数插入到字符串中，代码如下。 my_int = 42 my_float = 3.14 result = "The int value is {}, the float value is {:.2f}".format(my_int, my_float) print(result) # 输出：'The int value is 42, the float value is 3.14' （3）使用f-string进行字符串格式化 相比于前两种字符串格式化方法，使用f-string进行字符串格式化的方式仅适用于Python 3.6及以上版本，是一种非常方便和直观的字符串格式化方式，使用f-string标记（在字符串前添加字母f）以及大括号{}表示占位符。例如，使用f-string将整数和浮点数插入到字符串中，代码如下。 my_int = 42 my_float = 3.14 result = f"The int value is {my_int}, the float value is {my_float:.2f}" print(result) # 输出：'The int value is 42, the float value is 3.14' 25 任务2-1：定义字符串 壹 4 字符串编码转换 在Python中，除了使用注释对编码格式进行指定外，还可以使用内置的encode()和decode()方法来进行Python中字符串编码的转换。 （1）encode() encode()是Python中用于将字符串编码为字节序列的方法，能够将Unicode字符串转换为指定编码格式（如UTF-8）的字节序列，以便在网络传输或文件存储等场景下使用，语法格式如下所示。 str.encode(encoding='UTF-8', errors='strict') 参数说明见表所示。 参数 描述 encoding 可选，指定要使用的字符编码，默认值为“UTF-8” errors 可选，指定编码错误时的处理方式，默认值为“strict”，表示抛出一个 UnicodeError 异常，其他可选值如下：ignore：在忽略无法编码的字符时不抛出异常replace：在无法编码的字符处使用“?”替代原字符xmlcharrefreplace：使用 XML 实体替换无法编码的字符 26 任务2-1：定义字符串 壹 例如，使用encode()方法将字符串“你好，世界！”转换为“UTF-8”格式，代码如下。 text = "你好，世界！" byte_text = text.encode("UTF-8") print(byte_text) # 输出: b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd\xef\xbc\x8c\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c\xef\xbc\x81' （2）decode() ecode()方法功能与encode()方法功能相反，是Python中内置的用于将字节串解码为Unicode字符串的方法，语法格式如下所示。 bytes.decode(encoding='UTF-8', errors='strict') 例如，使用decode()方法将字符串转换为Unicode字符串，代码如下。 byte_text = b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd\xef\xbc\x8c\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c\xef\xbc\x81' text = byte_text.decode("UTF-8") print(text) # 输出: 你好，世界！ 27 任务2-2 定义列表 贰 1 列表创建和访问 1、列表创建 目前，列表的创建方式有多种，如使用方括号[]、使用内置函数list()。其中，最常见的方式是使用方括号[]将元素括起来，并用逗号“,”分割。例如，创建一个包含整数、字符串和布尔值的列表，代码如下。 my_list = [1, 2, 3, "hello", True] 而使用内置函数list()则可以将其他可迭代对象（如列表、元组、集合、字典（返回键值对的列表）和字符串等）转换为列表并返回，如果传递的参数不可迭代，将会出现TypeError错误；并且，list()函数不带参数，则返回一个空的列表。例如，将元组转换为列表，代码如下。 my_list = list((1, 2, 3)) 28 任务2-2 定义列表 贰 2、列表访问 在Python中，由于列表是有序集合，每个元素都有一个对应的索引，因此可以使用索引来访问列表中的元素。目前，根据列表中访问元素的数量不同，有单个元素访问和多个元素访问两种。 my_list[index] （1）单个元素访问 Python中单个元素访问通过中括号“[]”结合索引实现，索引从0开始，也就是第一个元素的索引是0，第二个元素的索引是1，以此类推。并且，除了正向索引之外，Python 还支持负向索引，表示从列表末尾开始计算的位置，即从后往前计数，例如-1表示最后一个元素。Python中单个元素访问语法格式如下所示。 29 任务2-2 定义列表 贰 （2）多个元素访问 其中，index是要访问的元素的索引值；如果index超出了列表的范围，将会抛出IndexError异常。 例如，创建列表mylist并访问单个元素，代码如下。 mylist = ['apple', 'banana', 'orange'] print(mylist[0]) # 输出 'apple' print(mylist[-1]) # 输出 'orange' 除了单个元素之外，Python还支持通过（slice）操作访问列表中的多个元素，并返回一个新的列表，其中包含了原始列表中指定范围内的元素。在实现切片时，使用冒号“:”分隔起始位置和结束位置，表示取出从起始位置到结束位置之间的所有元素（不包括结束位置），语法格式如下所示。 my_list[start:end:step] 30 任务2-2 定义列表 贰 参数说明见表所示。 参数 描述 start 表示开始的索引值（包含在结果中），如果省略，则默认从列表头开始 end 表示结束的索引值（不包含在结果中），如果省略，则默认到列表尾结束 step 表示步长，如果省略，则默认为1 例如，创建列表mylist并使用切片操作访问多个元素，代码如下。 mylist = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'] print(mylist[1:3]) # 输出 ['banana', 'orange'] print(mylist[:3]) # 输出 ['apple', 'banana', 'orange'] print(mylist[3:]) # 输出 ['grape', 'pear'] print(mylist[::2]) # 输出 ['apple', 'orange', 'pear'] 31 任务2-2 定义列表 贰 2 列表元素修改 在Python中，列表是可变的（Mutable），即列表中的元素可以被修改。要修改列表中的某个元素，可以使用索引或切片操作来定位该元素，然后直接赋值即可，语法格式如下所示。 my_list[index] = new_value 参数说明见表所示。 参数 描述 my_list 要修改的列表 index 要修改的元素的索引位置 new_value 要用来替换原始值的新值 32 任务2-2 定义列表 贰 例如，使用索引方式修改列表my_list的第1个元素（即索引为0的元素）并将其替换为字符串“pear”，以及使用切片操作选取了多个元素并赋值，代码如下。 my_list = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'] my_list[0] = 'pear' print(my_list) # 输出 ['pear', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'] my_list[1:4] = ['watermelon', 'kiwi'] print(my_list) # 输出 ['pear', 'watermelon', 'kiwi', 'pear'] 33 任务2-2 定义列表 贰 3 列表内置方法 目前，除了list()方法外，Python还内置了许多与列表相关的方法，这些方法能够方便地对列表进行操作，如添加、删除、查找、统计等，常用方法见表所示。 方法 描述 len(list) 返回给定列表中元素的数量（或长度）。它通常用于确定列表的大小以及在循环过程中使用 list.append(item) 可以在不知道列表的长度的情况下，动态地向列表中添加元素。该方法接受一个参数，即要添加的元素。并且，该方法会修改原始列表，而且只能一次添加一个元素，如果需要添加多个元素，则需要多次调用该方法 list.extend(iterable) 用于将可迭代对象iterable中的所有元素一次性地添加到列表的末尾 list.insert(index, item) 用于在指定索引处向列表中插入一个新元素，其中：index为要插入新元素的索引，item为要插入的新元素 list.pop([index]) 可以从列表中任意位置移除一个元素，并返回被移除的元素。其中，index表示要移除元素的索引，如果省略，则默认移除并返回列表中的最后一个元素 list.remove(item) 用于从列表中移除指定的元素。其中，item表示要从列表中移除的元素值 34 任务2-2 定义列表 贰 方法 描述 list.index(item) 用于获取列表中指定元素的索引，如果找不到索引，则会引发ValueError异常。其中，item表示要查找的元素值 max(list) 用于获取列表中的最大值，如果列表中的元素类型不同，则会根据默认规则进行比较。例如，数字会优先于字符串进行比较，字符串会根据字母表顺序进行比较 min(list) 用于获取列表中的最小值 sum(list[,start]) 用于计算列表中所有元素的和。其中，list为计算和的列表，start为可选参数，表示求和的初始值，如果不提供默认为0 list.count(item) 用于统计列表中指定元素出现的次数。其中，item为要统计出现次数的元素值 sorted(list,reverse=False) 按照升序或降序对列表进行排序，并返回新的已排序的列表。其中，list为计算列表；reverse为排序方式，默认为False，表示升序排列 list.sort(key=None,reverse=False) 按照升序或降序对列表进行排序，并对原列表进行修改。其中，key表示用于排序的函数，而reverse表示是否按照降序排列 list.reverse() 仅对列表中的元素顺序进行反转，并对原列表进行修改，而不会在元素上执行任何排序操作 35 任务2-2 定义列表 贰 例如，分别使用不同的内置方法对列表进行操作，代码如下。 numbers = [1, 2, 3] print(len(numbers)) # 输出 3 print(numbers.append(4)) # 输出 [1, 2, 3, 4] print(numbers.extend([5, 6])) # 输出 [1, 2, 3, 4, 5, 6] print(numbers.insert(3, 7)) # 输出 [1, 2, 3, 7, 4, 5, 6] print(numbers.pop([0])) # 输出 [2, 3, 7, 4, 5, 6] print(numbers.remove(6)) # 输出 [2, 3, 7, 4, 5] print(numbers.index(3)) # 输出 1 print(max(numbers)) # 输出 7 print(min(numbers)) # 输出 2 print(sum(numbers)) # 输出 21 print(numbers.count(7)) # 输出 1 print(sorted(numbers,reverse=False)) # 输出 [2, 3, 4, 5, 7] print(numbers.sort(reverse=True)) # 输出 [7, 6, 4, 3, 2] print(numbers.reverse()) # 输出 [5, 4, 7, 3, 2] 36 任务2-3 定义元组 叁 1 元组创建和访问 在Python中，元组（tuple）是一种有序、不可变的数据类型，可以用来存储一组数据。尽管元组跟列表非常类似，并且都是Python中的序列类型，它们共同点是可以存储多个元素，并且支持索引和切片操作。但是，列表和元组也有一些重要的区别，如下： 由于列表是可变序列，因此在对其进行操作时会重新分配内存空间，而元组则不需要重新分配内存空间。因此，在只需要读取元素时，使用元组可能会更加高效。 最显著的区别是，列表是可变的序列，而元组是不可变的序列，这意味着列表中的元素可以随意添加、删除或更改，而元组中的元素则不能更改。 列表具有各种内置方法（例如append()和remove()），可以方便地对其进行修改，而元组则没有这些方法。 37 任务2-3 定义元组 叁 元组的定义方式与列表类似，使用逗号“,”分隔不同的元素，并使用圆括号将元素括起来进行定义。并且，元 组中的元素可以是不同类型的，比如整数、浮点数、字符串、列表、元组等。例如，创建一个包含三个整数的元组，代码如下。 1、元组创建 tup = (1, 2, 3) 需要注意的是，如果定义只包含一个元素的元组，需要在元素后加一个逗号，否则 Python 会将其视为一个单独的值，而非元组。例如，创建一个包含一个整数的元组，代码如下。 tup = (1,3) 在Python中，除了使用圆括号外，还可以使用tuple()方法来创建元组，该方法会将一个可迭代对象（如列表、字符串等）转换为元组，语法格式如下所示。 tuple(iterable) 38 任务2-3 定义元组 叁 其中，iterable即为可迭代对象。例如，将列表转换为元组，代码如下。 lst = [1, 2, 3] tup = tuple(lst) 2、元组访问 与列表中元素访问相同，Python中元组中元素的访问同样通过索引和切片操作实现。例如，创建元组并访问第一个元素、最后一个元素以及第二个元素到第四个元素，代码如下。 tup = (1, 2, 3, 4, 5) print(tup[0]) # 输出1 print(tup[-1]) # 输出5 print(tup[1:3]) # 输出 (2, 3, 4) 39 任务2-3 定义元组 叁 2 元组删除 相比于列表，元组中元素不能直接被删除，只能通过“del”关键字将整个元组从内存中删除，语法格式如下所示。 del tup 但是需要注意的是，删除元组后，再尝试访问该元组会导致NameError错误。因此，在删除元组之前，需要确保不再需要访问该元组中的任何元素。 另外，如果需要删除元组中的一个或多个元素，可以先将元组转换为列表，然后在列表中删除对应的元素，最后将列表转换回元组，代码如下。 tup = ('apple', 'banana', 'cherry') lst = list(tup) # 将元组转换为列表 lst.remove('banana') # 删除列表中的元素 tup = tuple(lst) # 将列表转换回元组 print(tup) # 输出：('apple', 'cherry') 40 任务2-3 定义元组 叁 3 元组内置方法 在Python中，元组是一个不可变的数据类型，因此它只提供少量的内置方法进行元素的操作，如索引的查看、元素个数统计等，常用方法见表所示。 方法 描述 len(tup) 返回给定元组中元素的数量（或长度） max(tup) 获取元组中的最大值 min(tup) 获取元组中的最小值 tup.count(item) 获取指定元素在元组中第一次出现时的索引值，如果元素不存在，会抛出ValueError异常 tup.index(item) 用于统计指定元素在元组中出现的次数 41 任务2-3 定义元组 叁 需要注意的是，上述方法不会修改元组本身，而是返回一个新的结果。因为元组是不可变的数据类型，一旦创建了元组，其中的元素就不能被修改，只能通过替换整个元组的方式进行更新。 例如，分别使用不同的内置方法对元组进行操作，代码如下。 tup = (10, 20, 30) print(len(tup)) # 输出：3 print(max(tup)) # 输出：30 print(min(tup)) # 输出：10 print(tup.count(10)) # 输出：1 print(tup.index(20)) # 输出：1 42 任务2-4 定义列表 肆 1 字典简介 在Python中，字典是一种可变的、无序的数据类型，用于存储键值对。字典中的每个元素都是一个键值对，通常用于需要快速查找和访问数据的场景，是Python中非常重要和常用的数据类型，它具有灵活性、可变性、快速访问等特点，如下： 键值对 字典是由一系列键值对组成的，每个键值对都包含一个唯一的键和与之相关联的值。 可变性 字典是可变的，可以向其添加、删除或修改键值对。 灵活性 字典可以容纳不同类型和不同大小的数据，可以存储任意类型的对象作为值。 无序性 字典中的键值对是无序的，即它们没有固定的顺序。 长度可变性 字典的长度是可变的，它可以根据需要动态地增加或减少大小。 快速访问 由于字典使用哈希表实现，因此可以快速查找和访问其中的键值对，这使其在大型数据集中非常有用。 43 任务2-4 定义字典 肆 2 字典创建和访问 1、字典创建 与列表和元组创建不同，字典使用花括号“{ }”来创建，每个键值对之间使用冒号“:”分隔，不同的键值对之间使用逗号“,”分隔，语法格式如下所示。 my_dict = {key1: value1, key2: value2, ...} 参数说明见表所示。 参数 描述 my_dict 要创建的字典变量名 key1、key2 字典中的键 value1、value2 相应键的值 44 任务2-4 定义字典 肆 例如，创建一个包含三个键值对的字典，其中的键分别是“apple”、“banana”和“cherry”，对应的值分别是1、2和3，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3} 另外，还可以直接使用花括号“{}”，先创建一个空字典，然后再向其中添加键值对，语法格式如下所示。 my_dict = {} # 创建空字典 my_dict[key1] = value1 # 添加键值对 my_dict[key2] = value2 例如，直接使用花括号“{}”创建字典，代码如下。 my_dict = {} my_dict['apple'] = 1 my_dict['banana'] = 2 my_dict['cherry'] = 3 45 任务2-4 定义字典 肆 除了使用花括号“{}”进行自定的创建外，Python也可以通过dict()方法，从包含键值对的序列或者关键字参数创建字典，语法格式如下所示。 # 从序列创建 my_dict = dict([(key1, value1), (key2, value2), ...]) # 从关键字参数创建 my_dict = dict(key1=value1, key2=value2, ...) 例如，从包含键值对的序列创建字典，代码如下。 my_dict = dict([('apple', 1), ('banana', 2), ('cherry', 3)]) 这里直接使用元组列表作为输入，其中每个元组由一个键和一个值组成。dict()方法将此列表转换为一个字典，并将每个元组的第一个元素（即键）作为新字典中的每个键，将该元组的第二个元素（即值）作为每个键的值。 46 任务2-4 定义字典 肆 目前，字典中元素的访问均通过键实现，这是由于字典中键的唯一性决定的，可以分别通过中括号“[]”、get()方法以及运算符in实现。 2、字典访问 （1）中括号“[]”访问字典元素 使用中括号“[]”访问字典中的键值对时，只需将所需键作为索引传递给中括号“[]”，即可获取该键对应的值，语法格式如下所示。 my_dict[key] 如果尝试访问不存在的键，则会引发KeyError异常。因此，在访问字典之前，最好先检查该键是否存在。 例如，使用中括号“[]”和键来访问字典元素，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3} print(my_dict['apple']) # 输出 1 47 任务2-4 定义字典 肆 （2）get()方法访问字典元素 my_dict.get(key) 例如，使用get()方法访问字典元素，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3} print(my_dict.get('apple')) # 输出 1 Python的字典中，还可以使用get()方法来获取指定键对应的值。与直接使用中括号“[]”访问字典元素不同，如果使用get()方法获取一个不存在的键，不会抛出KeyError异常，而是返回一个默认值（如果已指定）或者None（如果未指定默认值），语法格式如下所示。 48 任务2-4 定义字典 肆 （3）运算符in访问字典元素 除了上述两种方式能够访问字典元素外，还可以使用运算符in检查字典中是否存在指定的键，返回值为True或False，语法格式如下所示。 key in my_dict 49 任务2-4 定义字典 肆 3 字典元素操作 在 Python 中，可以使用字典的索引操作和相关方法来操作字典的元素，包括添加、修改、删除等操作。 1、添加元素 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2} my_dict['cherry'] = 3 在上面创建字典时，可以先创建空字典，然后通过赋值的方式添加键值对的操作即为元素添加。其中，这个字典不仅可以为空，也可以存在键值对。 例如，创建一个键分别是“apple”和“banana”，对应的值分别是1和2的字典，之后向字典中添加键为“cherry”，值为3的键值对，代码如下。 50 任务2-4 定义字典 肆 my_dict1.update(my_dict2) 除此之外，Python中针对字典元素还提供了update()方法，可以将一个字典中的键值对添加到另一个字典中，语法格式如下所示。 例如，使用update()方法向字典my_dict中添加了一个键值对“'cherry': 3”，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2} my_dict.update({'cherry': 3}) 51 任务2-4 定义字典 肆 2、修改元素 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3} my_dict['apple'] = 4 update()方法不仅可以实现元素的添加操作，还可以通过指定的键修改字典中已有键对应的值。例如，使用update()方法修改字典中指定键对应的值，代码如下。 3、删除元素 目前，删除字典中指定的元素可以有多种方法，根据删除量的不同，可以分为删除单个元素、随机删除单个元素、删除全部元素。 52 任务2-4 定义字典 肆 （1）删除单个元素 删除单个元素主要通过字典中的键实现，不仅可以通过del关键字删除指定键对应的键值对，如果该键不存在，则会引发KeyError异常，语法格式如下所示。 del my_dict[key] 例如，使用del删除键值对，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2} del my_dict['apple'] 还可以使用pop()方法删除指定键对应的键值对，并返回与之关联的值。如果指定的键不存在，则pop()方法将引发KeyError异常，语法格式如下所示。 my_dict.pop(key) 53 任务2-4 定义字典 肆 例如，使用pop()方法删除键值对，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2} my_dict.pop('apple') （2）随机删除单个元素 除了删除指定键对应的键值对外，Python针对字典中的元素，还提供了popitem()方法，可以随机删除一个键值对，并返回已删除的键值对，如果字典为空，则popitem()方法将引发KeyError异常，语法格式如下所示。 my_dict.pop(key) 例如，使用popitem()方法随机删除my_dict字典中的一个键值对，并返回已删除的键和值，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2} key, value = my_dict.popitem() 54 任务2-4 定义字典 肆 （3）删除全部元素 当字典中的元素不被需要，这时可以通过clear()方法将字典中所有的元素清空，使其变为空字典，语法格式如下所示。 my_dict.clear() 需要注意的是，clear()方法只会删除字典中的元素，而不会删除字典本身。因此，清空后的字典仍然存在并可以继续使用。 55 任务2-4 定义字典 肆 4、其他元素操作 在Python的字典中，除了元素的添加、修改、删除等基础操作外，Python还提供了多个其他内置方法对元素进行操作，包括键查询、值查询等，常用方法见表所示。 方法 描述 dict.copy() 返回一个字典的副本 dict.items() 返回包含所有（键，值）对元组的列表 dict.keys() 返回包含所有键的列表 dict.values() 返回包含所有值的列表 56 任务2-4 定义字典 肆 例如，分别使用不同的内置方法对字典进行操作，代码如下。 my_dict = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3} print(my_dict.items()) # 输出：dict_items([('apple', 1), ('cherry', 3)]) print(my_dict.keys()) # 输出：dict_keys(['apple', 'cherry']) print(my_dict.values()) # 输出：dict_values([1, 3]) # 创建一个新字典 new_dict = my_dict.copy() # 清空字典 my_dict.clear() 57 任务2-5 定义集合 伍 1 集合创建和访问 1、集合创建 my_set = {1, 2, 3} 与字典的创建类似，集合的创建同样通过花括号“{ }”实现，并使用逗号“,”分隔集合中的元素。例如，创建一个包含三个整数的集合，代码如下。 除此之外，Python还提供了set()方法，可以接收一个可迭代对象（如列表、元组、字符串等），并返回一个包含该可迭代对象中所有唯一元素的集合。语法格式如下所示。 set(iterable) 其中，iterable是一个可迭代对象，如列表、元组或字符串等。 例如，创建一个包含整数1、2、3的集合，代码如下。 my_set = set([1, 2, 3]) 58 任务2-5 定义集合 伍 2、集合访问 my_set = {1, 2, 3, 'apple', 'banana'} if 2 in my_set: print('2 is in the set') else: print('2 is not in the set') 与列表和元组不同，集合是无序的，因此无法通过索引来访问集合中的元素，但可以使用in和not in运算符来判断一个元素是否存在于集合中。例如，判断集合中是否包含数字2，代码如下。 59 任务2-5 定义集合 伍 2 集合内置方法 在Python中，针对集合元素的操作，提供了多个内置方法，包括集合元素的添加、删除等，常用方法见表所示。 方法 描述 set.add(elem) 用于向集合中添加新的元素。如果该元素已经存在于集合中，那么将不会被添加到集合中。其中：set：指要添加元素的集合elem：指要添加的元素 set.update(iterable) 用于向集合中添加多个元素，包括列表、元组、集合等其他可迭代对象 set.remove(elem) 用于从集合中删除指定元素。如果指定的元素不存在于集合中，将会引发KeyError异常。因此，在使用remove()方法之前，最好先检查要删除的元素是否存在于集合中，可以使用in关键字来判断。 set.discard(elem) 用于从集合中删除指定元素。如果指定的元素不存在于集合中，则不会引发异常。 set.pop() 用于随机删除集合中的一个元素，并返回该元素的值。如果集合为空，会引发 KeyError 异常 set.clear() 用于清空集合中的所有元素，但不会删除集合本身，因此，该方法执行后仍然可以对该集合进行操作 len(set) 用于返回集合中元素的数量 60 任务2-5 定义集合 伍 例如，分别使用不同的内置方法对集合进行操作，代码如下。 s = {1, 2, 3} s.add(4) print(s) # 输出 {1, 2, 3, 4} s.update([4, 5, 6]) print(s) # 输出 {1, 2, 3, 4, 5, 6} s.remove(2) print(s) # 输出 {1, 3, 4, 5, 6} s.discard(3) print(s) # 输出 {1, 4, 5, 6} s.clear() print(s) # 输出 set() 61 任务2-5 定义集合 伍 3 集合合并 在Python中，集合的合并操作与数学运算中的集合合并操作基本相同，包括并集、交集、差集、对称差集等。 （1）并集 Python中并集计算可以通过union()方法或运算符“|”实现，能够获取两个集合中的所有元素，并且元素不重复，语法格式如下所示。 set1.union(set2) set1 | set2 例如，创建两个集合并合并这两个集合，代码如下。 set1 = {1, 2, 3} set2 = {2, 3, 4} print(set1.union(set2)) # 输出 {1, 2, 3, 4} print(set1 | set2) # 输出 {1, 2, 3, 4} 62 任务2-5 定义集合 伍 （2）交集 Python中交集计算可以通过intersection()方法或运算符“&”实现，能够获取两个集合中公共的元素，语法格式如下所示。 set1.intersection(set2) set1 & set2 例如，创建两个集合并进行交集计算，代码如下。 set1 = {1, 2, 3} set2 = {2, 3, 4} print(set1.intersection(set2)) # 输出 {2, 3} print(set1 & set2) # 输出 {2, 3} 63 任务2-5 定义集合 伍 （3）差集 Python中差集计算可以通过difference()方法或运算符“-”实现，能够获取只在一个集合中出现且不在另一个集合中出现的元素，语法格式如下所示。 set1.difference(set2) set1 - set2 例如，创建两个集合并进行差集计算，代码如下。 set1 = {1, 2, 3} set2 = {2, 3, 4} print(set1.difference(set2)) # 输出 {1} print(set1 - set2) # 输出 {1} 64 任务2-5 定义集合 伍 （4）对称差集 Python中对称差集计算可以通过symmetric_difference()方法或运算符“^”实现，能够获取只在两个集合之一中出现的所有元素，与交集相反，语法格式如下所示。 set1.symmetric_difference(set2) set1 ^ set2 例如，创建两个集合并进行对称差集计算，代码如下。 set1 = {1, 2, 3} set2 = {2, 3, 4} print(set1.symmetric_difference(set2)) # 输出 {1, 4} print(set1 ^ set2) # 输出 {1, 4} 65 $$