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collections模块

news 2025/9/15 8:33:29

Python `collections` 模块功能与用法总结

collections 是 Python 标准库中提供的高性能数据结构模块，扩展了内置数据类型（如 list、dict），适用于特殊场景下的数据操作。以下是其核心功能及常用类的用法：

一、常用数据结构

1. `namedtuple`（命名元组）

功能：创建带有字段名的元组，增强代码可读性。
适用场景：替代简单的类或元组，表示不可变数据（如坐标、数据库记录）。
示例：

from collections import namedtuple# 定义命名元组类型
Point = namedtuple("Point", ["x", "y"])
p = Point(10, 20)
print(p.x, p.y)  # 10 20
print(p[0])      # 10（仍支持索引访问）

2. `defaultdict`（默认字典）

功能：为字典提供默认值，避免 KeyError。
适用场景：统计频次、分组归类。
示例：

from collections import defaultdict# 默认值为 int（初始为0）
count = defaultdict(int)
words = ["apple", "banana", "apple"]
for word in words:count[word] += 1
print(count)  # {'apple': 2, 'banana': 1}# 默认值为 list
group = defaultdict(list)
data = [("A", 1), ("B", 2), ("A", 3)]
for key, value in data:group[key].append(value)
print(group)  # {'A': [1, 3], 'B': [2]}

3. `Counter`（计数器）

功能：快速统计可迭代对象中元素的频次。
适用场景：词频统计、TopN 查询。
示例：

from collections import Counterwords = ["apple", "banana", "apple", "orange", "banana", "apple"]
counter = Counter(words)
print(counter)                  # {'apple': 3, 'banana': 2, 'orange': 1}
print(counter.most_common(2))   # [('apple', 3), ('banana', 2)]

4. `deque`（双端队列）

功能：高效的头尾插入和删除操作（线程安全）。
适用场景：队列/栈实现、滑动窗口算法。
示例：

from collections import dequed = deque([1, 2, 3])
d.appendleft(0)  # 头部插入
d.append(4)      # 尾部插入
print(d)         # deque([0, 1, 2, 3, 4])d.popleft()      # 头部删除
d.pop()          # 尾部删除
print(d)         # deque([1, 2, 3])

5. `OrderedDict`（有序字典）

功能：保持键的插入顺序（Python 3.7+ 后普通 dict 已有序，但仍需此类的额外功能）。
适用场景：需要顺序遍历或记住插入顺序的字典操作。
示例：

from collections import OrderedDictod = OrderedDict()
od["a"] = 1
od["b"] = 2
od.move_to_end("a")  # 将键移动到末尾
print(od)  # OrderedDict([('b', 2), ('a', 1)])

6. `ChainMap`（链式字典）

功能：将多个字典合并为一个逻辑视图，查找时按顺序检查。
适用场景：多层配置优先级、合并多个字典（不创建新对象）。
示例：

from collections import ChainMapdict1 = {"a": 1, "b": 2}
dict2 = {"b": 3, "c": 4}
chain = ChainMap(dict1, dict2)
print(chain["b"])  # 2（优先返回 dict1 的值）
print(chain["c"])  # 4（dict2 的值）

二、其他实用类

1. `UserDict` / `UserList` / `UserString`

功能：自定义字典、列表、字符串的子类化基类。
适用场景：需要扩展或修改内置类型行为时。
示例：

from collections import UserDictclass CaseInsensitiveDict(UserDict):def __setitem__(self, key, value):super().__setitem__(key.lower(), value)d = CaseInsensitiveDict()
d["Key"] = "value"
print(d["key"])  # "value"

三、性能对比

数据结构	优势场景	时间复杂度
`defaultdict`	避免 `KeyError`	O(1) 插入/查询
`Counter`	快速频次统计	O(n) 统计
`deque`	高效头尾操作	O(1) 头尾插入/删除
`OrderedDict`	顺序遍历	O(1) 插入/查询

四、总结

需求	推荐类
需要字段名的元组	`namedtuple`
避免字典 `KeyError`	`defaultdict`
元素频次统计	`Counter`
高效头尾操作	`deque`
保持插入顺序的字典	`OrderedDict`
合并多字典（逻辑视图）	`ChainMap`