Python字典：更高效、更便捷的數據存儲方案

一、字典的定義與特點

Python中的字典是一種鍵-值對(key-value)存儲的數據結構，其它編程語言中也有類似結構，比如JavaScript的對象，Java的HashMap。字典的特點在於通過一個唯一的鍵(key)來關聯一個值(value)，這與列表(list)、元組(tuple)等線性數據結構不同。

字典可以使用花括號({})或者dict()函數來創建，在花括號中用逗號分隔鍵-值對，每個鍵值對使用冒號(:)進行分割。

# 創建字典
person = {'name': 'Jack', 'age': 20, 'city': 'New York'}
# 使用dict()創建字典
person = dict(name='Jack', age=20, city='New York')

字典的特點在於其快速查詢，由於不需要按照順序進行查找，可以在O(1)的時間複雜度內找到元素。此外，字典中的鍵必須是不可變的對象，例如字符串、數字、元組等，而值可以是任意類型的對象。

二、字典的基本操作

添加、修改、刪除

可以通過索引的方式對字典進行添加、修改操作，如果鍵存在則為修改，不存在則為添加。刪除操作可以使用del關鍵字刪除指定的鍵-值對。

person = {'name': 'Jack', 'age': 20, 'city': 'New York'}
# 添加鍵-值對
person['phone'] = '1234567'
# 修改鍵-值對
person['age'] = 21
# 刪除鍵-值對
del person['city']

遍歷字典

可以使用for循環遍歷字典中的所有鍵-值對，也可以通過keys()、values()、items()方法分別獲取字典中的鍵、值、鍵-值對。

person = {'name': 'Jack', 'age': 20, 'city': 'New York'}
# 遍歷所有鍵-值對
for key, value in person.items():
    print(key, value)
# 遍歷所有鍵
for key in person.keys():
    print(key)
# 遍歷所有值
for value in person.values():
    print(value)

查詢字典

可以使用in關鍵字查詢字典中是否包含指定的鍵，也可以通過get()方法獲取指定鍵的值，如果鍵不存在則返回None或者自定義的默認值。

person = {'name': 'Jack', 'age': 20, 'city': 'New York'}
# 查詢鍵是否存在
if 'phone' in person:
    print(person['phone'])
# 通過get()獲取值
print(person.get('age', 18))

三、字典的高級技巧

字典推導式

與列表推導式類似，字典推導式可以通過一行代碼來快速生成字典，格式為{key_expression: value_expression for expression in iterable}。

# 生成字典{name: len(name)}
names = ['Tom', 'Jerry', 'Spike']
name_length = {name: len(name) for name in names}

默認字典

默認字典(defaultdict)是Python內置模塊collections提供的一種字典子類，當查詢的鍵不存在時，會返回一個默認值而不是拋出異常。默認字典可以通過設置一個工廠函數來指定默認值的類型。

from collections import defaultdict

# 創建默認字典，指定默認值為int類型
dd = defaultdict(int)
# 增加鍵a的值，由於a不存在，默認值為0
dd['a'] += 1
print(dd['a'])

# 創建默認字典，指定默認值為list類型
dd = defaultdict(list)
dd['list'].append(1)
print(dd['list'])

OrderedDict

OrderedDict是Python內置模塊collections提供的一種字典子類，在普通字典的基礎上，為插入順序維護了一個雙向鏈表，因此可以保證元素的順序與添加時的順序相同。

from collections import OrderedDict

# 創建有序字典
od = OrderedDict()
od['a'] = 1
od['b'] = 2
od['c'] = 3
print(od)

Counter

Counter是Python內置模塊collections提供的一種字典子類，用於統計元素出現的次數，其返回一個類似字典的容器，其中元素名為鍵，元素個數為值。

from collections import Counter

# 統計字符串中單詞出現次數
words = 'this is a sample sentence'
word_count = Counter(words.split())
print(word_count)

四、總結

字典是Python中極為常用的數據結構之一，其使用靈活、高效、便捷，可以應用於各種場景。掌握字典的基本操作以及一些高級技巧，可以提高編程效率，減少錯誤。