【Python精讲 03】Python核心容器：一篇通关序列(List, Tuple)、映射(Dict)与集合(Set)

【Python精讲 03】Python核心容器：一篇通关序列(List, Tuple)、映射(Dict)与集合(Set)

摘要：在上一篇中，我们掌握了变量、数字等“基本粒子”。现在，是时候学习如何将这些粒子组织起来了。本文将带你一篇通关Python中最核心的四大数据容器：列表(List)、元组(Tuple)、字典(Dict)和集合(Set)。我们将从它们的本质——序列、映射与集合——出发，让你彻底理解各自的特点与应用场景，学会为不同的数据选择最合适的“家”。

前言：从“砖块”到“墙壁”

如果说变量和基础数据类型是构建程序的“砖块”，那么容器就是用这些砖块砌成的“墙壁”与“房间”。它们是一种组织和存储多个数据的方式。在Python中，几乎所有的复杂数据都是由这四种基本容器或它们的变体构成的。

掌握它们，就等于掌握了Python数据结构的半壁江山。本文将摒弃零散的讲解，直接从它们的本质入手，让你形成一个清晰的知识框架。

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一、序列 (Sequence)：按顺序排列的数据

序列类型的核心特点是有序，其中的每一个元素都有一个唯一的、从0开始的整数索引。你可以像排队一样，通过号码（索引）精确地找到每一个人（元素）。

1.1 list (列表)：灵活的“购物清单”

列表是Python中使用最频繁的容器，它是一个可变的(mutable)、有序的序列。

• 特点：你可以随时向列表中添加、删除或修改元素，就像你可以随时更新你的购物清单一样。
• 语法：用方括号 [] 定义，元素之间用逗号 , 分隔。

# 创建一个列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]# 1. 访问元素 (通过索引)
print(f"第一个水果是: {fruits[0]}")  # 输出: 第一个水果是: apple
print(f"最后一个水果是: {fruits[-1]}") # 输出: 最后一个水果是: cherry# 2. 修改元素
fruits[1] = "blueberry"
print(f"修改后: {fruits}") # 输出: 修改后: ['apple', 'blueberry', 'cherry']# 3. 添加元素
fruits.append("orange")    # 在末尾添加
print(f"append后: {fruits}") # 输出: append后: ['apple', 'blueberry', 'cherry', 'orange']
fruits.insert(1, "grape")  # 在指定索引位置插入
print(f"insert后: {fruits}") # 输出: insert后: ['apple', 'grape', 'blueberry', 'cherry', 'orange']# 4. 删除元素
removed_fruit = fruits.pop(2) # 删除指定索引的元素并返回它
print(f"pop掉的水果是: {removed_fruit}, 列表变为: {fruits}") # pop掉的水果是: blueberry, 列表变为: ['apple', 'grape', 'cherry', 'orange']
fruits.remove("cherry")     # 直接删除指定的第一个匹配元素
print(f"remove后: {fruits}") # 输出: remove后: ['apple', 'grape', 'orange']# 5. 其他常用操作
print(f"列表长度: {len(fruits)}")      # 输出: 列表长度: 3
print(f"'apple'在列表中吗? {'apple' in fruits}") # 输出: 'apple'在列表中吗? True```##### **1.2 `tuple` (元组)：不可变的“坐标点”**元组可以看作是一个**“上了锁”的列表**。它也是一个有序的序列，但它是**不可变的(immutable)**。*   **特点**：一旦创建，你就不能再修改元组中的任何元素。这使得元组非常适合存储那些不希望被意外改变的数据，比如坐标点 `(x, y)`、RGB颜色值 `(255, 0, 0)` 等。
*   **语法**：用圆括号 `()` 定义。```python
# 创建一个元组
point = (120, 30)# 1. 访问元素 (和列表一样)
print(f"X坐标: {point[0]}") # 输出: X坐标: 120# 2. 尝试修改 (会报错!)
# point[0] = 100  # 这行代码会触发 TypeError# 3. 元组的“拆包” (Unpacking)
x, y = point
print(f"通过拆包得到: x={x}, y={y}") # 输出: 通过拆包得到: x=120, y=30# 注意：只有一个元素的元组，末尾必须加一个逗号
single_tuple = (5,)
print(type(single_tuple)) # <class 'tuple'>
not_a_tuple = (5)
print(type(not_a_tuple))  # <class 'int'>

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二、映射 (Mapping)：高效的“通讯录”

映射类型的核心是键-值(key-value)对。它不通过索引，而是通过一个唯一的“键”来快速查找对应的“值”，就像通讯录里通过人名（键）来查找电话号码（值）一样。

2.1 dict (字典)

字典是Python中唯一的内置映射类型。它是可变的，并且在Python 3.7+版本中是有序的（按插入顺序）。

• 特点：查询速度极快，非常适合存储需要通过唯一标识符查找的信息。键必须是不可变类型（如字符串、数字、元组）。
• 语法：用花括号 {} 定义，键值对格式为 key: value。

# 创建一个字典
student = {"name": "Alice","age": 25,"courses": ["Math", "English"]
}# 1. 访问元素 (通过键)
print(f"学生姓名: {student['name']}") # 输出: 学生姓名: Alice# 2. 安全的访问方式：get()方法
# 如果键不存在，直接用[]会报错，而get()会返回None或指定的默认值
print(f"学生的年级: {student.get('grade', '暂无')}") # 输出: 学生的年级: 暂无# 3. 添加或修改元素
student['grade'] = 4          # 添加新的键值对
student['age'] = 26           # 修改已有的键值
print(f"更新后: {student}")   # 输出: 更新后: {'name': 'Alice', 'age': 26, 'courses': ['Math', 'English'], 'grade': 4}# 4. 删除元素
del student['grade']
print(f"删除后: {student}")   # 输出: 删除后: {'name': 'Alice', 'age': 26, 'courses': ['Math', 'English']}# 5. 遍历字典 (极其常用)
# 遍历键
for key in student.keys():print(key)
# 遍历值
for value in student.values():print(value)
# 遍历键值对
for key, value in student.items():print(f"{key}: {value}")

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三、集合 (Set)：独特的“朋友圈”

集合是一个可变的、无序的、且元素唯一不重复的容器。

• 特点：两大核心用途——去重和关系运算。就像一个朋友圈，里面每个人都是独一无二的，我们可以方便地计算共同好友、所有好友等。
• 语法：用花括号 {} 定义，但它不是键值对。

# 创建集合 (注意：会自动去重)
tags = {"python", "data", "web", "python"}
print(f"集合: {tags}") # 输出: 集合: {'data', 'python', 'web'} (顺序可能不同)# 1. 添加和删除元素
tags.add("ai")
print(f"add后: {tags}")     # 输出: add后: {'data', 'ai', 'python', 'web'}
tags.remove("web")
print(f"remove后: {tags}") # 输出: remove后: {'data', 'ai', 'python'}# 2. 核心应用：关系运算
my_friends = {"Alice", "Bob", "Charlie"}
her_friends = {"Charlie", "David", "Eve"}# 交集 (&): 共同的好友
common_friends = my_friends & her_friends
print(f"共同好友: {common_friends}") # 输出: 共同好友: {'Charlie'}# 并集 (|): 所有的好友
all_friends = my_friends | her_friends
print(f"所有好友: {all_friends}")   # 输出: 所有好友: {'Alice', 'David', 'Bob', 'Charlie', 'Eve'}# 差集 (-): 只属于我的好友
my_only_friends = my_friends - her_friends
print(f"只属于我的好友: {my_only_friends}") # 输出: 只属于我的好友: {'Alice', 'Bob'}

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四、四大容器横向对比

特性	List (列表)	Tuple (元组)	Dict (字典)	Set (集合)
定义语法	[1, 2, 3]	(1, 2, 3)	{'a': 1, 'b': 2}	{1, 2, 3}
可变性	✅ 可变	❌ 不可变	✅ 可变	✅ 可变
有序性	✅ 有序	✅ 有序	✅ 有序 (3.7+)	❌ 无序
唯一性	❌ 元素可重复	❌ 元素可重复	✅ 键(Key)唯一	✅ 元素唯一
典型场景	存储需要增删改查的有序数据	存储不希望被改变的有序数据	存储需要快速查找的键值对数据	元素去重、关系运算

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总结

今天我们学习了Python中组织数据的四种核心方式。请牢记它们的本质：

• 需要一个灵活、有序的列表？用 list。
• 需要一个安全、不可变的列表？用 tuple。
• 需要通过唯一的键快速查找信息？用 dict。
• 需要处理不重复的元素或进行关系运算？用 set。

在编程中，根据你的数据和需求，选择最合适的容器，是写出高效、清晰代码的关键一步。

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