Python字典：數據存儲與快速訪問

一、什麼是Python字典？

Python字典是一種可變容器模型，可以存儲任意數量的Python對象，每個對象都是通過一個唯一的鍵來訪問的。字典中的鍵必須是不可變的對象（比如字元串、數字或元組），而值可以是任意對象。

字典可以通過直接賦值或dict()函數進行創建。下面是一些字典的創建示例：

# 直接賦值創建字典
d1 = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3}

# 使用dict()函數創建字典
d2 = dict([('apple', 1), ('banana', 2), ('cherry', 3)])

# 使用花括弧創建字典
d3 = {'apple': 1, 'banana': 2, 'cherry': 3}

二、Python字典的基本操作

Python字典支持多種基本操作，包括訪問、添加、修改和刪除字典中的鍵值對。

1. 訪問字典中的值

可以通過指定鍵名來訪問字典中的值：

# 直接訪問
print(d1['apple']) # 輸出1

# 使用get()函數訪問
print(d1.get('banana')) # 輸出2

2. 添加和修改鍵值對

可以通過指定鍵名和值來添加或修改字典中的鍵值對：

# 添加新的鍵值對
d1['orange'] = 4

# 修改已有的鍵值對
d1['banana'] = 5

3. 刪除鍵值對

可以通過del語句或pop()函數來刪除字典中的鍵值對：

# 使用del語句刪除鍵值對
del d1['cherry']

# 使用pop()函數刪除鍵值對
d1.pop('banana')

三、Python字典的高級操作

1. 遍歷字典

可以使用for循環來遍歷字典中的鍵值對：

# 遍歷字典中的所有鍵值對
for key, value in d1.items():
    print(key, value)

2. 對字典進行排序

可以使用sorted()函數對字典的鍵進行排序，並返回一個新的列表：

# 對字典d1的鍵進行排序，返回一個新的列表
sorted_keys = sorted(d1.keys())

# 遍歷排序後的鍵
for key in sorted_keys:
    print(key, d1[key])

3. 合併字典

可以使用update()函數將一個字典合併到另一個字典中：

# 新建一個字典
d4 = {'kiwi': 6, 'grape': 7}

# 合併d1和d4
d1.update(d4)

# 輸出合併後的字典
print(d1)

4. 判斷鍵是否存在

可以使用in關鍵字或not in關鍵字判斷一個鍵是否存在於字典中：

# 判斷'apple'是否存在於d1中
if 'apple' in d1:
    print('apple exists in d1')
else:
    print('apple does not exist in d1')

# 判斷'peach'是否不存在於d1中
if 'peach' not in d1:
    print('peach does not exist in d1')
else:
    print('peach exists in d1')

四、Python字典的性能優化

Python字典使用哈希表實現，因此訪問和修改操作的速度非常快。但是，如果字典變得過大，那麼哈希表的查找和更新操作可能會變得非常緩慢。為了解決這個問題，Python提供了兩種優化字典性能的方法：

1. 使用collections模塊中的OrderedDict類

Python的默認字典是無序的，因此如果需要按照鍵的插入順序來遍歷字典，可以使用collections模塊中的OrderedDict類：

from collections import OrderedDict

# 新建一個有序字典
d5 = OrderedDict([('apple', 1), ('banana', 2), ('cherry', 3)])

# 遍歷有序字典中的所有鍵值對
for key, value in d5.items():
    print(key, value)

2. 使用dict()函數的”fromkeys”方法預先分配字典空間

使用dict()函數的”fromkeys”方法預先分配字典空間可以提高字典的訪問、添加和刪除操作的性能。

# 使用fromkeys方法預先分配空間
d6 = dict.fromkeys(['apple', 'banana', 'cherry'], 0)

# 將所有鍵的值均設為1
for key in d6:
    d6[key] = 1

五、總結

Python字典是一種非常常用的數據結構，可以用來存儲任意數量的Python對象，並支持快速訪問、添加、刪除和遍歷操作。在使用字典的時候，可以根據自己的實際需要選擇合適的優化方式，從而提高字典的性能。