Python Dictionary：快速實現數據索引與查詢

一、Python字典概述

Python字典是一種可變、無序的數據類型，用於存儲具有鍵和值的元素。在字典中，鍵是唯一的，不可變的，而值可以是任意類型的數據。

字典允許對其中元素進行快速索引和修改，因為它是基於哈希表實現的，哈希表是一種高效的數據結構，可以將平均時間複雜度降低到O(1)。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male'}
>>> student
{'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male'}

上面的例子中，我們定義了一個字典student，包含了三個鍵值對。可以通過鍵來訪問和修改字典中的元素。

二、字典的基本操作

2.1 添加和修改元素

可以通過賦值的方式向字典中添加元素，如果鍵已存在，則修改對應的值。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18}
>>> student['gender'] = 'Male'
>>> student
{'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male'}

上面的例子中，我們向字典student中添加了一個鍵值對gender: Male。

另外，字典還提供了update()方法，可以一次性添加多個元素。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male'}
>>> student.update({'score': 90, 'grade': 'A'})
>>> student
{'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male', 'score': 90, 'grade': 'A'}

2.2 刪除元素

可以使用del語句刪除字典中的元素。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male'}
>>> del student['gender']
>>> student
{'name': 'John', 'age': 18}

上面的例子中，我們刪除了字典student中的鍵gender。

另外，字典還提供了pop()方法，可以刪除指定鍵並返回其對應的值。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18, 'gender': 'Male'}
>>> student.pop('gender')
'Male'
>>> student
{'name': 'John', 'age': 18}

三、字典的常用方法

3.1 get()

get()方法用於獲取指定鍵的值，如果鍵不存在，則返回None或指定的默認值。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18}
>>> student.get('name')
'John'
>>> student.get('gender', 'Unknown')
'Unknown'

上面的例子中，我們通過get()方法獲取了字典student中的鍵name和鍵gender對應的值。

3.2 keys()

keys()方法用於獲取字典中所有的鍵。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18}
>>> student.keys()
dict_keys(['name', 'age'])

3.3 values()

values()方法用於獲取字典中所有的值。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18}
>>> student.values()
dict_values(['John', 18])

3.4 items()

items()方法用於獲取字典中所有的鍵值對。

>>> student = {'name': 'John', 'age': 18}
>>> student.items()
dict_items([('name', 'John'), ('age', 18)])

四、字典的應用場景

字典作為Python中常用的數據類型之一，廣泛應用於各種場景中。以下是一些應用場景：

4.1 資料庫查詢

在資料庫查詢中，字典可以用來存儲查詢結果，將結果的每一行以字典的形式存儲，方便進行後續的數據處理。

import pymysql
import json

db = pymysql.connect(host='localhost', user='root', password='password', db='mydb')
cursor = db.cursor()

sql = "SELECT * FROM student"
cursor.execute(sql)

result = []
for row in cursor.fetchall():
    data = {}
    data['id'] = row[0]
    data['name'] = row[1]
    data['age'] = row[2]
    data['gender'] = row[3]
    result.append(data)

print(json.dumps(result, indent=4))

上面的例子中，我們將資料庫查詢結果以字典的形式存儲，並將其轉換成JSON格式進行輸出。

4.2 統計文本詞頻

在文本處理中，字典可以用來統計單詞出現的次數，方便進行後續的分析和處理。

text = 'Python is a powerful programming language. It is widely used in data science and machine learning.'

words = text.split()
freq = {}
for word in words:
    if word not in freq:
        freq[word] = 1
    else:
        freq[word] += 1

print(freq)

上面的例子中，我們使用字典freq統計了文本中單詞的出現次數。

4.3 緩存數據

在應用程序中，字典可以用來緩存數據，可以將一些常用的數據存儲在字典中，方便快速訪問，提高程序的效率。

cache = {}

def fibonacci(n):
    if n in cache:
        return cache[n]
    else:
        if n == 1 or n == 2:
            result = 1
        else:
            result = fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)
        cache[n] = result
        return result

上面的例子中，我們使用字典cache來緩存斐波那契數列中的結果，方便快速訪問。

五、總結

Python字典是一種高效的數據類型，可以用於存儲具有鍵和值的元素。它可以快速進行索引和修改，使用起來非常方便。字典的常用方法包括get()、keys()、values()和items()，可以方便地獲取字典中的元素。在實際應用中，字典有著廣泛的應用場景，可以用於資料庫查詢、文本詞頻統計、緩存數據等多種場景。