Python3 字典详解

在 Python3 中，字典（Dictionary）是一种无序、可变且键唯一的数据结构，用于存储键值对（key-value pairs）。字典是 Python 中最强大的数据类型之一，广泛应用于数据处理、配置管理和算法实现等场景。以下是 Python3 字典的详细介绍：

一、字典基础

1. 定义字典

使用花括号{}或内置函数dict()定义：

 

# 空字典
empty_dict = {}
empty_dict = dict()

# 带键值对的字典
person = {
    'name': 'Alice',
    'age': 30,
    'city': 'New York',
    'skills': ['Python', 'Java']
}

# 使用dict()构造函数
scores = dict(math=90, english=85, science=95)

 

2. 字典特点

• 键唯一性：同一字典中，键必须唯一，重复的键会覆盖原有值。
• 键不可变性：键必须是不可变类型（如字符串、数字、元组），列表等可变类型不能作为键。
• 值任意性：值可以是任意类型，包括列表、字典等复合类型。
• 无序性：Python 3.7 + 中，字典保持插入顺序，但本质仍是无序的。

二、字典操作

1. 访问元素

通过键获取对应的值，若键不存在会引发KeyError：

 

person = {'name': 'Alice', 'age': 30}

# 直接访问
print(person['name'])  # 输出: Alice

# 使用get()方法，键不存在时返回默认值
print(person.get('city', 'Unknown'))  # 输出: Unknown

 

2. 修改和添加元素

# 修改现有键的值
person['age'] = 31

# 添加新键值对
person['job'] = 'Engineer'

# 使用update()方法批量添加/更新
person.update({'city': 'Los Angeles', 'hobbies': ['reading', 'swimming']})

 

3. 删除元素

# 删除指定键值对
del person['job']

# 删除并返回指定键的值
age = person.pop('age')

# 随机删除并返回一个键值对（Python 3.7+返回最后插入的）
item = person.popitem()

# 清空字典
person.clear()

 

三、字典遍历

1. 遍历键

for key in person.keys():
    print(key)

 

2. 遍历值

for value in person.values():
    print(value)

 

3. 遍历键值对

for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

 

四、字典方法

1. 常用方法

方法	描述
keys()	返回包含所有键的视图对象。
values()	返回包含所有值的视图对象。
items()	返回包含所有键值对的视图对象。
get(key, default)	返回指定键的值，若键不存在则返回默认值。
pop(key[, default])	删除指定键并返回其值，若键不存在则返回默认值（若无默认值则报错）。
popitem()	随机删除并返回一个键值对（Python 3.7 + 返回最后插入的）。
update(other_dict)	用另一个字典的键值对更新当前字典（存在则覆盖，不存在则添加）。
clear()	清空字典所有元素。
copy()	返回字典的浅拷贝。

2. 示例代码

 

# 浅拷贝示例
original = {'a': [1, 2], 'b': 3}
copy = original.copy()

original['a'].append(3)
print(copy['a'])  # 输出: [1, 2, 3]（浅拷贝只复制一层）

 

五、字典推导式

用于快速创建字典：

 

# 创建平方数字典
squares = {x: x**2 for x in range(5)}
# 输出: {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

# 筛选字典元素
even_squares = {x: x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0}
# 输出: {0: 0, 2: 4, 4: 16, 6: 36, 8: 64}

 

六、嵌套字典

字典中包含字典，用于表示复杂数据结构：

 

 

employees = {
    'emp1': {'name': 'Alice', 'salary': 80000},
    'emp2': {'name': 'Bob', 'salary': 75000},
    'emp3': {'name': 'Charlie', 'salary': 90000}
}

# 访问嵌套元素
print(employees['emp2']['name'])  # 输出: Bob

# 修改嵌套元素
employees['emp3']['salary'] = 95000

 

七、字典排序

1. 按键排序

d = {'c': 3, 'a': 1, 'b': 2}
sorted_dict = dict(sorted(d.items()))
# 输出: {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

 

2. 按值排序

sorted_dict = dict(sorted(d.items(), key=lambda item: item[1]))
# 输出: {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

 

八、性能特点

字典基于哈希表实现，具有以下性能特性：

• 插入 / 删除 / 查找：平均时间复杂度为 O (1)，但最坏情况下为 O (n)（哈希冲突严重时）。
• 空间效率：字典的空间开销较大，适合存储少量关键数据。
• 哈希冲突：键的哈希值相同时会发生冲突，Python 使用开放寻址法解决冲突。

九、与其他数据结构的对比

数据结构	有序性	可变性	键唯一性	访问方式	典型应用场景
字典	无序	可变	是	键	快速查找、配置管理
列表	有序	可变	否	索引	序列数据处理
元组	有序	不可变	否	索引	不可变数据存储
集合	无序	可变	是	无	去重、成员测试

十、常见应用场景

1. 数据统计

 

# 统计字符频率
text = "hello world"
freq = {}
for char in text:
    freq[char] = freq.get(char, 0) + 1
print(freq)  # 输出: {'h': 1, 'e': 1, 'l': 3, 'o': 2, ' ': 1, 'w': 1, 'r': 1, 'd': 1}

 

2. 配置管理

config = {
    'host': 'localhost',
    'port': 3306,
    'user': 'admin',
    'password': 'secret',
    'database': 'mydb'
}

# 读取配置
print(f"Connecting to {config['host']}:{config['port']}")

 

3. 映射转换

 

# 数字到中文映射
num_to_chinese = {
    0: '零', 1: '一', 2: '二', 3: '三', 4: '四',
    5: '五', 6: '六', 7: '七', 8: '八', 9: '九'
}

# 转换数字
print(num_to_chinese[5])  # 输出: 五

 

十一、总结

• 核心特性：键值对存储、键唯一且不可变、无序（3.7 + 保持插入顺序）。
• 优势：快速查找（O (1) 时间复杂度）、灵活的数据结构。
• 注意事项：避免使用可变对象作为键，大字典会占用较多内存。

字典是 Python 中最常用的数据结构之一，掌握其操作和特性对于编写高效、简洁的代码至关重要。合理使用字典可以显著提升程序的性能和可读性。