Python标准库之collections使用教程

colections

引言

Python为我们提供了4种基本的数据结构:list, tuple, dict, set,但是在处理数据量较大的情形的时候,这4种数据结构就明显过于单一了,比如list作为单向链表在某些情形插入的效率会比较低,有时候我们也需要维护一个有序的dict。所以这个时候我们就要用到Python标准库为我们提供的collections包了,它提供了多个有用的集合类,熟练掌握这些集合类,不仅可以让我们让写出的代码更加Pythonic,也可以提高我们程序的运行效率。

defaultdict的使用

defaultdict(default_factory)在普通的dict(字典)之上添加了default_factory,使得key(键)不存在时会自动生成相应类型的value(值),default_factory参数可以指定成list, set, int等各种合法类型。

example1

我们现在有上面这样一组list(列表),虽然我们有6组数据,但是仔细观察后发现其实我们只有两种color(颜色),但是每一个color对应多个值。现在我们想要将这个list转换成一个dict(字典),这个dict的key(键)对应一种color,dict的value(值)设置为一个list存放color对应的多个值。我们可以使用defaultdict(list)来解决这个问题。

example2

上面这个例子中有一些不完美的地方,比如说{‘blue’: [2, 4, 4], ‘red’: [1, 3, 1]}这个defaultdict中blue颜色中包含两个4,red颜色中包含两个1,但是我们不希望含有重复的元素,这个时候可以考虑使用defaultdict(set)来解决这个问题。set(集合)相比list(列表)的不同之处在于set中不允许存在相同的元素。

example3

通过使用defaultdict(int)的形式我们来统计一个字符串中每个字符出现的个数。

OrderedDict的使用

我们知道默认的dict(字典)是无序的,但是在某些情形我们需要保持dict的有序性,这个时候可以使用OrderedDict,它是dict的一个subclass(子类),但是在dict的基础上保持了dict的有序型,下面我们来看一下使用方法。

example1

这是一个无序的dict(字典),现在我们可以使用OrderedDict来让这个dict变得有序。

example2

使用popitem(last=True)方法可以让我们按照LIFO(先进后出)的顺序删除dict中的key-value,即删除最后一个插入的键值对,如果last=False就按照FIFO(先进先出)删除dict中key-value。

example3

使用move_to_end(key, last=True)来改变有序的OrderedDict对象的key-value顺序,通过这个方法我们可以将排序好的OrderedDict对象中的任意一个key-value插入到字典的开头或者结尾。

deque的使用

list存储数据的优势在于按找索引查找元素会很快,但是插入和删除元素就很慢了,因为它是是单链表的数据结构。deque是为了高效实现插入和删除操作的双向列表,适合用于队列和栈,而且线程安全。

list只提供了append和pop方法来从list的尾部插入/删除元素,但是deque新增了appendleft/popleft允许我们高效的在元素的开头来插入/删除元素。而且使用deque在队列两端添加(append)或弹出(pop)元素的算法复杂度大约是O(1),但是对于list对象改变列表长度和数据位置的操作例如 pop(0)和insert(0, v)操作的复杂度高达O(n)。由于对deque的操作和list基本一致,这里就不重复了。

ChainMap的使用

ChainMap用来将多个dict(字典)组成一个list(只是比喻),可以理解成合并多个字典,但和update不同,而且效率更高。

Counter的使用

example1

Counter也是dict的一个subclass,它是一个无序容器,可以看做一个计数器,用来统计相关元素出现的个数。

example2

使用elements()方法按照元素的出现次数返回一个iterator(迭代器),元素以任意的顺序返回,如果元素的计数小于1,将忽略它。

使用most_common(n)返回一个list, list中包含Counter对象中出现最多前n个元素。

namedtuple的使用

使用namedtuple(typename, field_names)命名tuple中的元素来使程序更具可读性。

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