Python学习之字典及其操作

Python中的六大数据类型（数字、字符串、列表、元组、字典和集合），我们已经讲清楚了前4个，现在我们开始讲解Python中的字典（键值对）数据类型。

在 Python 中，字典（Dictionary）是一种无序、可变的数据类型，用于存储键（key）和值（value）之间的映射关系。并且可以根据键快速检索值。除了基本的添加、删除、获取值之外，还有许多强大的技巧和方法可以让我们更好地利用字典。

一、创建字典

​字典的类型为：d = { key1 : value1, key2 : value2, key3 : value3 }

注意：Key必须是唯一的，但Value则不必。

首先，来看一张图，字典的结构就如同下面的这张图，{ }（大花括号）用来声明字典。字典中的每一个元素都是由键值对组成，也就是Key：Value的组合。这里的冒号 : 是用来分割键值对的。同时，Value元素的类型，可以是任何类型的组合。

创建字典，可以由以下几种方法。

#🌾：1. 使用大括号 {} 创建空字典：

my_dict = {}

#🌾：2. 使用键值对创建字典：

my_dict = {'key1': 'value1', 'key2': 'value2', 'key3': 'value3'}

#🌾：3. 使用 dict() 构造函数：

my_dict = dict(key1='value1', key2='value2', key3='value3')

#🌾：4. 使用列表/元组的列表转换为字典：

# 列表中每个元素是一个包含键值对的元组
my_list = [('key1', 'value1'), ('key2', 'value2'), ('key3', 'value3')]
my_dict = dict(my_list)

# 或者使用zip函数
keys = ['key1', 'key2', 'key3']
values = ['value1', 'value2', 'value3']
my_dict = dict(zip(keys, values))

#🌾：5.使用推导式出创建一个列表

# 创建一个简单的字典，键为数字 0 到 4，值为它们的平方
my_dict = {x: x**2 for x in range(5)}
print(my_dict)
# 输出: {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

二、访问字典中的值

要访问Python字典中的值，你可以使用字典的键（keys）来获取对应的值（values），对比一下，就会发现前面我们学的List（列表）就只能以索引的方式来获取对于的值。这里有几种访问字典中的值常见的方法：

1. 方括号 []

使用方括号 [] 和键名访问值：

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：访问键为 "a" 的值
value_a = my_dict["a"]
print(value_a)  # 输出: 1

#🌾：访问键为 "b" 的值
value_b = my_dict["b"]
print(value_b)  # 输出: 2

2. get() 方法

使用 get() 方法，获取键值对。

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：使用 get() 方法获取键为 "c" 的值
value_c = my_dict.get("c")
print(value_c)  # 输出: 3

#🌾：如果键不存在，get() 方法会返回 None
value_d = my_dict.get("d")
print(value_d)  # 输出: None

#🌾：也可以提供一个默认值，如果键不存在则返回该默认值
value_e = my_dict.get("e", 0)  # 默认值为 0
print(value_e)  # 输出: 0

除了上面的方法，使用 get() 方法可以实现类似于 switch 语句的功能，下面简单演示：

def switch_case(argument):
    #🌾：定义字典
    switcher = {
        1: "January",
        2: "February",
        3: "March",
        4: "April",
        5: "May",
        6: "June",
        7: "July",
        8: "August",
        9: "September",
        10: "October",
        11: "November",
        12: "December"
    }
    return switcher.get(argument, "Invalid month")

# 测试
month_name = switch_case(3)
print(month_name)  # 输出: March

invalid_month = switch_case(13)
print(invalid_month)  # 输出: Invalid month 

3. 遍历键值对

遍历所有的键值对。

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：遍历键值访问
for key, value in my_dict.items():
    print(key, value)

# 输出
# a 1
# b 2
# c 3 

4. 只遍历键

只遍历所有的键。

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：遍历所有的键
for key in my_dict.keys():
    print(key)

# 输出
# a
# b
# c 

5. 只遍历值

只遍历所有的值。

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：遍历所有的值
for value in my_dict.values():
    print(value) 

# 输出
# 1
# 2
# 3

三、修改字典中的（键值对）

字典是可变的数据类型，所以可以通过添加和更新键值对，来更新字典。下面是几种操作方法：

1. 添加新的键值对

my_dict = {"a": 1, "b": 2}

#🌾：添加新的键值对 "c": 3
my_dict["c"] = 3

print(my_dict)
# 输出: {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

2. 更新已有键的值

my_dict = {"a": 1, "b": 2}

#🌾：更新键 "b" 的值为 5
my_dict["b"] = 5

print(my_dict)
# 输出: {'a': 1, 'b': 5, 'c': 3}

3. update() 方法

使用 update() 方法批量添加或更新键值对：

my_dict = {"a": 1, "b": 2}

#🌾：使用 update() 方法批量添加或更新键值对
my_dict.update({"d": 4, "e": 5})

print(my_dict)
# 输出: {'a': 1, 'b': 5, 'c': 3, 'd': 4, 'e': 5}

4. setdefault() 方法

使用 setdefault() 方法添加键值对，但仅在键不存在时：

my_dict = {"a": 1, "b": 2}

#🌾：使用 setdefault() 方法添加键值对，但仅在键不存在时
my_dict.setdefault("f", 6)
print(my_dict) # 输出: {'a': 1, 'b': 2, 'f': 6}

#🌾：如果键已存在，则不会进行任何操作
my_dict.setdefault("a", 10)
print(my_dict) # 输出:{'a': 1, 'b': 2, 'f': 6}

5. 键不存在时

如果键不存在时执行特定操作：

my_dict = {"a": 1, "b": 2}

#🌾：如果键不存在，可以在代码中指定一个操作
if "g" not in my_dict:
    my_dict["g"] = 7

print(my_dict) # 输出: {'a': 1, 'b': 2, 'g': 7}

四、删除字典中的键值对

既然可以更新键值对，那么删除自然也是可以的，在Python中删除字典（dictionary）中的键值对，你可以使用以下方法：

1. del关键字

使用 del 关键字删除指定键值对：

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：删除键为 "a" 的键值对
del my_dict["a"]

print(my_dict) # 输出: {'b': 2, 'c': 3}

2. pop()方法

使用 pop() 方法删除指定键值对并返回其值：

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：删除键为 "b" 的键值对，并返回被删除的值
deleted_value = my_dict.pop("b")

print(deleted_value)  # 输出: 2
print(my_dict)        # 输出: {'a': 1, 'c': 3}

3. popitem() 方法

使用 popitem() 方法删除并返回最后一个键值对。这是栈的思想。后进先出。

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

#🌾：删除并返回任意的键值对
removed_item = my_dict.popitem()

print(removed_item)  # 输出: ('c', 3)
print(my_dict)       # 输出: {'a': 1, 'b': 2}

4. 清空字典

清空字典中的所有键值对：

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3,  "d": 3}

#🌾：清空字典
my_dict.clear()

print(my_dict) # 输出: {}

5. 删除整个字典

使用 del 关键字删除整个字典：

my_dict = {"a": 1, "b": 2, "c": 3,  "d": 3}

#🌾：删除整个字典
del my_dict

# 此时再访问 my_dict 将会引发 NameError 

五、defaultdict

在Python中，collections 模块提供了defaultdict 类，它是字典的一个子类，提供了一个默认值，这样当访问不存在的键时，会自动创建对应默认值的项。这对于处理缺失键的情况非常有用。

#🌾：导入 collections 模块
from collections import defaultdict

#🌾：创建一个 defaultdict，指定默认值为 int 类型（默认为 0）
my_dict_int = defaultdict(int)

#🌾：访问一个不存在的键，会自动创建并初始化为默认值
print(my_dict_int["a"])  # 输出: 0

#🌾：字典中的 "a" 键现在已经被创建
print(my_dict_int)  # 输出: defaultdict(<class 'int'>, {'a': 0})

#🌾：创建一个 defaultdict，指定默认值为 str 类型（默认为空字符串）
my_dict_str = defaultdict(str)
print(my_dict_str["b"])  # 输出: ""

#🌾：字典中的 "b" 键现在已经被创建
print(my_dict_str)  # 输出: defaultdict(<class 'str'>, {'b': ''})

注意事项：

• defaultdict 中的默认值是在调用 __getitem__() 方法时创建的，而不是在字典创建时。
• 你可以像普通字典一样使用 defaultdict 的所有方法。

这里技巧是：defaultdict 可以让你更加方便地处理缺失键的情况，避免了使用 dict.setdefault() 或者 if 语句来初始化新键的值。

六、Counter

在collections 模块中，除了前面讲到的defaultdict，另一个 Counter 类也常用于统计可迭代对象中元素的数量：

from collections import Counter

#🌾：创建一个 Counter 对象
c = Counter(['a', 'b', 'a', 'c', 'a', 'b'])

#🌾：访问元素出现的次数
print(c['a'])  # 输出: 3
print(c['b'])  # 输出: 2
print(c['c'])  # 输出: 1

#🌾：可以直接传入字符串来统计字符出现的次数
word_counts = Counter("hello world")
print(word_counts)  # 输出: Counter({'l': 3, 'o': 2, 'h': 1, 'e': 1, ' ': 1, 'w': 1, 'r': 1, 'd': 1})

#🌾：Counter 也可以像字典一样遍历
for key, value in word_counts.items():
    print(f"{key}: {value}")

#🌾：获取最常见的元素
print(word_counts.most_common(2))  # 输出: [('l', 3), ('o', 2)]

技巧提示： Counter 特别适用于统计词频、元素出现次数等需求。