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Python中的数据序列(二)

一、作业回顾

1、求幸运数字6

幸运数字6(只要是6的倍数):输入任意数字,如数字8,生成nums列表,元素值为1~8,从中选取幸运数字移动到新列表lucky,打印nums与lucky。

python
#第一步:定义二个空列表
nums = []
lucky = []
#第二步:提示用户输入数字
num = int(input('请输入您要输入的数字:'))
#第三步:生成nums列表(把1到num)所有的数据都追加到nums列表中
for i in range(1, num+1):
    nums.append(i)
#第四步:对nums进行遍历操作,获取幸运数字
for i in nums:
    if i % 6 == 0:
        # 幸运数字从nums中删除
        nums.remove(i)
        # 把幸运数字写入到lucky列表中
        lucky.append(i)
#第五步:打印nums和lucky
print(nums)
print(lucky)

2、把8名讲师随机分配到3个教室

列表嵌套:有3个教室[[],[],[]],8名讲师['A','B','C','D','E','F','G','H'],将8名讲师随机分配到3个教室中。

分析:

思考1:我们第一间教室、第二间教室、第三间教室,怎么表示

python
rooms = [[],[],[]]
#第一间教室
rooms[0]
#第二间教室
rooms[1]
#第三间教室
rooms[2]

思考2:我们如何一次从8名老师中,读出一个人

答:使用while或for进行遍历操作

思考3:我们如何在每次循环读取讲师的过程中,将其随机写入到某个教室?

python
rooms[0或1或2] = 读取的讲师信息

综合代码:

python
import random

#1、定义3间教室以及8名讲师
rooms = [[], [], []]
teachers = ['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H']
#2、对所有的讲师进行遍历操作
for teacher in teachers:
    # 3、生成随机数
    index = random.randint(0, 2)
    rooms[index].append(teacher)
#3、输出每个教室的讲师信息
#print(rooms)
i = 1
for room in rooms:
    print(f'第{i}个教室中的讲师:{room}')
    i += 1

3、知识点补充

字符串:split()方法

作用:根据指定字符对字符串进行分割操作,其返回一个列表

python
fruit = 'apple-banana-orange'
print(fruit.split('-'))

字符串:join()方法

作用:和split()方法正好相反,其主要功能是把序列拼接为字符串

python
字符串.join(数据序列)

案例:把水果列表['apple', 'banana', 'orange']拼接成'apple-banana-orange'

python
list1 = ['apple', 'banana', 'orange']
print('-'.join(list1))

二、元组的定义与使用

1、为什么需要元组

思考:如果想要存储多个数据,但是这些数据是不能修改的数据,怎么做?

答:列表?列表可以一次性存储多个数据,但是列表中的数据允许更改。

python
num_list = [10, 20, 30]
num_list[0] = 100

那这种情况下,我们想要存储多个数据且数据不允许更改,应该怎么办呢?

答:使用元组,元组可以存储多个数据且元组内的数据是不能修改的。

2、元组的定义

元组特点:定义元组使用小括号,且使用逗号隔开各个数据,数据可以是不同的数据类型。

基本语法:

python
#多个数据元组
tuple1 = (10, 20, 30)

#单个数据元组
tuple2 = (10,)

注意:如果定义的元组只有一个数据,那么这个数据后面也要添加逗号,否则数据类型为唯一的这个数据的数据类型。

3、元组的相关操作方法

由于元组中的数据不允许直接修改,所以其操作方法大部分为查询方法。

编号函数作用
1元组[索引]根据索引下标查找元素
2index()查找某个数据,如果数据存在返回对应的下标,否则报错,语法和列表、字符串的index方法相同
3count()统计某个数据在当前元组出现的次数
4len()统计元组中数据的个数

案例1:访问元组中的某个元素

python
nums = (10, 20, 30)
print(nums[2])

案例2:查找某个元素在元组中出现的位置,存在则返回索引下标,不存在则直接报错

python
nums = (10, 20, 30)
print(nums.index(20))

案例3:统计某个元素在元组中出现的次数

python
nums = (10, 20, 30, 50, 30)
print(nums.count(30))

案例4:len()方法主要就是求数据序列的长度,字符串、列表、元组

python
nums = (10, 20, 30, 50, 30)
print(len(nums))

三、字典——Python中的查询神器

1、为什么需要字典

思考1:比如我们要存储一个人的信息,姓名:Tom,年龄:20周岁,性别:男,如何快速存储。

python
person = ['Tom', '20', '男']

思考2:在日常生活中,姓名、年龄以及性别同属于一个人的基本特征。但是如果使用列表对其进行存储,则分散为3个元素,这显然不合逻辑。我们有没有办法,将其保存在同一个元素中,姓名、年龄以及性别都作为这个元素的3个属性。

答:使用Python中的字典

2、Python中字典(dict)的概念

特点:

① 符号为大括号(花括号) => {}

② 数据为键值对形式出现 => {key:value},key:键名,value:值,在同一个字典中,key必须是唯一(类似于索引下标)

③ 各个键值对之间用逗号隔开

定义:

python
#有数据字典
dict1 = {'name': 'Tom', 'age': 20, 'gender': '男'}

#空字典
dict2 = {}

dict3 = dict()

3、字典的增操作

基本语法:

python
字典名称[key] = value
注:如果key存在则修改这个key对应的值;如果key不存在则新增此键值对。

案例:定义一个空字典,然后添加name、age以及address这样的3个key

python
#1、定义一个空字典
person = {}
#2、向字典中添加数据
person['name'] = '刘备'
person['age'] = 40
person['address'] = '蜀中'
#3、使用print方法打印person字典
print(person)

注意:列表、字典为可变类型

4、字典的删操作

① del 字典名称[key]:删除指定元素

python
#1、定义一个有数据的字典
person = {'name':'王大锤', 'age':28, 'gender':'male', 'address':'北京市海淀区'}
#2、删除字典中的某个元素(如gender)
del person['gender']
#3、打印字典
print(person)

② clear()方法:清空字典中的所有key

python
#1、定义一个有数据的字典
person = {'name':'王大锤', 'age':28, 'gender':'male', 'address':'北京市海淀区'}
#2、使用clear()方法清空字典
person.clear()
#3、打印字典
print(person)

5、字典的改操作

基本语法:

python
字典名称[key] = value
注:如果key存在则修改这个key对应的值;如果key不存在则新增此键值对。

案例:定义一个字典,里面有name、age以及address,修改address这个key的value值

python
#1、定义字典
person = {'name':'孙悟空', 'age': 600, 'address':'花果山'}
#2、修改字典中的数据(address)
person['address'] = '东土大唐'
#3、打印字典
print(person)

6、字典的查操作

① 查询方法:使用具体的某个key查询数据,如果未找到,则直接报错。

python
字典序列[key]

② 字典的相关查询方法

编号函数作用
1get(key, 默认值)根据字典的key获取对应的value值,如果当前查找的key不存在则返回第二个参数(默认值),如果省略第二个参数,则返回None
2keys()以列表返回一个字典所有的键
3values()以列表返回字典中的所有值
4items()以列表返回可遍历的(键, 值) 元组数组

案例1:使用get获取字典中某个key的value值

python
#1、定义一个字典
cat = {'name':'Tom', 'age':5, 'address':'美国纽约'}
#2、获取字典的相关信息
name = cat.get('name')
age = cat.get('age')
gender = cat.get('gender', 'male')  # get(key, 默认值)
address = cat.get('address')
print(f'姓名:{name},年龄:{age},性别:{gender},住址:{address}')

案例2:提取person字典中的所有key

python
#1、定义一个字典
person = {'name':'貂蝉', 'age':18, 'mobile':'13765022249'}
#2、提取字典中的name、age以及mobile属性
print(person.keys())

案例3:提取person字典中的所有value值

python
#1、定义一个字典
person = {'name':'貂蝉', 'age':18, 'mobile':'13765022249'}
#2、提取字典中的貂蝉、18以及13765022249号码
print(person.values())

案例4:使用items()方法提取数据

python
#1、定义一个字典
person = {'name':'貂蝉', 'age':18, 'mobile':'13765022249'}
#2、调用items方法获取数据,dict_items([('name', '貂蝉'), ('age', 18), ('mobile', '13765022249')])
#print(person.items())
#3、结合for循环对字典中的数据进行遍历
for key, value in person.items():
    print(f'{key}{value}')

7、综合案例:通讯录管理系统

需求:开个一个通讯录的管理系统,主要用于实现存储班级中同学的信息(姓名、年龄、电话)

知识点:列表、字典、死循环

延伸:在Python中,我们可以使用字典来保存一个人的基本信息。但是如果想保存多个人的信息,我们必须把列表和字典结合起来。

python
students = [0,1,2]
student = {'name':'刘备', 'age':18, 'mobile': '10086'}

组装:

students = [{'name':'刘备', 'age':18, 'mobile': '10086'}, {'name':'关羽', 'age':17, 'mobile': '10000'}, {'name':'张飞', 'age':16, 'mobile': '10010'}]

为什么需要死循环:

当我们选中某个菜单时,功能一旦执行完毕,则整个程序就执行结束了。为了保存程序可以一直运行下去,可以模拟死循环的效果,让程序一直运行下去。

python
while True:
    ...

要求:正常情况下,通讯录管理系统应该有4个功能:增删改查

python
#1、定义一个列表,将来用于存储所有学员的通讯信息
students = []

#2、打印功能菜单
print('-' * 40)
print('欢迎使用传智教育通讯录管理系统V1.0')
print('[1] 增加学员信息')
print('[2] 删除学员信息')
print('[3] 退出系统')
print('-' * 40)

while True:
    # 3、提示用户进行相关操作
    user_num = int(input('请输入您要进行的操作编号:'))

    if user_num == 1:
        # 4、提示用户输入学员的信息
        student = {}
        student['name'] = input('请输入学员的姓名:')
        student['age'] = int(input('请输入学员的年龄:'))
        student['mobile'] = input('请输入学员的电话:')
        # 5、把学员信息保存在列表中
        students.append(student)
        print(students)

    elif user_num == 2:
        name = input('请输入要删除的学员信息:')
        # 6、遍历所有学员信息
        for i in students:
            if i['name'] == name:
                # 从列表中删除整个学员(字典)
                students.remove(i)
                print('删除成功')
                print(students)
            else:
                print('您要删除的学员信息不存在')

    elif user_num == 3:
        print('感谢您使用传智教育通讯录管理系统V1.0')
        break

    else:
        print('输入错误,请重新输入要操作的编号')

四、集合——求交集、并集、差集

1、什么是集合

集合(set)是一个无序的不重复元素序列。

① 天生去重

② 无序

2、集合的定义

在Python中,我们可以使用一对花括号{}或者set()方法来定义集合,但是如果你定义的集合是一个空集合,则只能使用set()方法。

python
#定义一个集合
s1 = {10, 20, 30, 40, 50}
print(s1)
print(type(s1))

#定义一个集合:集合中存在相同的数据
s2 = {'刘备', '曹操', '孙权', '曹操'}
print(s2)
print(type(s1))

#定义空集合
s3 = {}
s4 = set()
print(type(s3))	 # <class 'dict'>
print(type(s4))  # <class 'set'>

3、集合操作的相关方法(增删查)

☆ 集合的增操作

① add()方法:向集合中增加一个元素(单一)

python
students = set()
students.add('李哲')
students.add('刘毅')
print(students)

② update()方法:向集合中增加序列类型的数据(字符串、列表、元组、字典)

python
students = set()
list1 = ['刘备', '关羽', '赵云']
students.update(list1)
print(students)
python
students = set()
students.add('刘德华')
students.add('黎明')
#使用update新增元素
students.update('蔡徐坤')

☆ 集合的删操作

① remove()方法:删除集合中的指定数据,如果数据不存在则报错。

② discard()方法:删除集合中的指定数据,如果数据不存在也不会报错。

③ pop()方法:随机删除集合中的某个数据,并返回这个数据。

python
#1、定义一个集合
products = {'萝卜', '白菜', '水蜜桃', '奥利奥', '西红柿', '凤梨'}
#2、使用remove方法删除白菜这个元素
products.remove('白菜')
print(products)
#3、使用discard方法删除未知元素
products.discard('玉米')
print(products)
#4、使用pop方法随机删除某个元素
del_product = products.pop()
print(del_product)

☆ 集合中的查操作

① in :判断某个元素是否在集合中,如果在,则返回True,否则返回False

② not in :判断某个元素不在集合中,如果不在,则返回True,否则返回False

python
#定义一个set集合
s1 = {'刘帅', '英标', '高源'}
#判断刘帅是否在s1集合中
if '刘帅' in s1:
    print('刘帅在s1集合中')
else:
    print('刘帅没有出现在s1集合中')

③ 集合的遍历操作

python
for i in 集合:
    print(i)

4、集合中的交集、并集与差集特性

在Python中,我们可以使用&来求两个集合的交集:

image-20210312152451774

在Python中,我们可以使用|来求两个集合的并集:

image-20210312152631528

在Python中,我们可以使用-来求两个集合的差集:

image-20210312152921040

python
#求集合中的交集、并集、差集
s1 = {'刘备', '关羽', '张飞', '貂蝉'}
s2 = {'袁绍', '吕布', '曹操', '貂蝉'}

#求两个集合中的交集
print(s1 & s2)

#求两个集合中的并集
print(s1 | s2)

#求连个集合中的差集
print(s1 - s2)
print(s2 - s1)

五、数据序列中的公共方法

1、什么是公共方法

所谓的公共方法就是支持大部分数据序列。

2、常见公共方法1

运算符描述支持的容器类型
+合并字符串、列表、元组
*复制字符串、列表、元组
in元素是否存在字符串、列表、元组、字典
not in元素是否不存在字符串、列表、元组、字典

案例1:+ 合并

python
#1、+加号,代表两个序列之间的连接与整合
str1 = 'hello'
str2 = 'world'
print(str1 + str2)

#2、定义两个列表,对其数据进行整合
list1 = ['刘备', '关羽']
list2 = ['诸葛亮', '赵云']
print(list1 + list2)

#3、定义两个元组,对其数据进行整合
tuple1 = (10, 20)
tuple2 = (30, 40)
print(tuple1 + tuple2)

案例2:* 复制

python
#1、字符串与乘号的关系
print('-' * 40)
print('传智教育Python管理系统V1.0')
print('-' * 40)

#2、列表与乘号的关系
list1 = ['*']
print(list1 * 10)

#3、元组与乘号的关系
tuple1 = (10, )
print(tuple1 * 10)

案例3:in与not in方法

python
ips = ['192.168.10.11', '10.1.1.100', '172.15.184.31']
if '10.1.1.100' in ips:
    print('列表中元素已存在')
else:
    print('列表中元素不存在')

3、常见公共方法2

编号函数描述
1len()计算容器中元素个数
2del或del()根据索引下标删除指定元素
3max()返回容器中元素最大值
4min()返回容器中元素最小值
5range(start, end, step)生成从start到end(不包含)的数字,步长为 step,供for循环使用
6enumerate()函数用于将一个可遍历的数据对象(如列表、元组或字符串)组合为一个索引序列,同时列出数据和数据下标,一般用在 for 循环当中。

案例1:len() 获取字符串、列表、元组、字典、集合的长度

python
#定义一个字符串
str1 = 'hello world'
print(f'字符串的长度为{len(str1)}')

#定义一个列表
list1 = [10, 20, 30, 40, 50]
print(f'列表的长度为{len(list1)}')

#定义一个字典
dict1 = {'name':'哆啦A梦', 'gender':'male', 'address':'东京'}
print(f'字典的长度为{len(dict1)}')

案例2:del方法,用于删除序列中指定的元素(根据索引下标)

python
#定义一个列表
list1 = ['吕布', '董卓', '貂蝉']
#使用del方法删除董卓
del list1[1]
print(list1)


#定义一个字典
dict1 = {'name':'白龙马', 'age':23, 'address':'东海龙宫'}
#使用del方法删除age
del dict1['age']
print(dict1)

案例3:求某个序列中元素的最大值和最小值

python
num1 = int(input('请输入第一个数:'))
num2 = int(input('请输入第二个数:'))
num3 = int(input('请输入第三个数:'))
list1 = [num1, num2, num3]
max_num = max(list1)
min_num = min(list1)
print(f'最大值:{max_num}')
print(f'最小值:{min_num}')

案例4:enumerate(),把一个序列类型的数据构造成key:value结构,然后结合for循环进行遍历

python
list1 = [10, 20, 30, 40, 50]
n = 1
for i in list1:
    print(f'第{n}个数:{i}')
    n += 1

print('-' * 40)

for key, value in enumerate(list1):
    print(f'第{key+1}个数:{value}')

4、序列类型之间的相互转换

list()方法:把某个序列类型的数据转化为列表

python
#1、定义元组类型的序列
tuple1 = (10, 20, 30)
print(list(tuple1))

#2、定义一个集合类型的序列
set1 = {'a', 'b', 'c', 'd'}
print(list(set1))

#3、定义一个字典
dict1 = {'name':'刘备', 'age':18, 'address':'蜀中'}
print(list(dict1))

tuple()方法:把某个序列类型的数据转化为元组

python
#定义一个列表类型的数据
list1 = ['a', 'b', 'c', 'd']
print(tuple(list1))

#定义一个集合类型的数据
set1 = {10, 20, 30, 40}
print(tuple(set1))

set()方法:将某个序列转换成集合(但是要注意两件事 => ① 集合可以快速完成列表去重 ② 集合不支持下标)

python
#定义一个列表类型的数据
list1 = ['a', 'b', 'c', 'd', 'a']
print(set(list1))
#定义一个元组类型的数据
tuple1 = (10, 20, 30, 40)
print(set(tuple1))

六、迭代器和生成器

1、迭代器

Python迭代器是Python中的一种特殊对象,它允许你遍历一个容器(如列表、元组、字典等)中的元素。迭代器对象从集合的第一个元素开始访问,直到所有的元素被访问完结束。迭代器只能往前不会后退。

  1. 迭代器可以记住遍历的位置,因此可以随时停下来,然后再继续遍历。
  2. 迭代器可以遍历任何集合对象,不仅限于列表、元组和字符串。
  3. 使用迭代器比使用列表推导式或for循环更高效,因为它不需要创建额外的列表或生成器对象
  • 获取迭代器的方法

    • iter() 内置函数
    • __iter__() 特殊方法
  • 从迭代器里拿到数据

    • next() 内置函数
    • __next__ 特殊方法
python
a = [1,2,3]
b = 'abc'

#获取迭代器
ita = iter(a)      		# <list_iterator object at 0x0000000001107C40>
itb = b.__iter__()      # <str_iterator object at 0x00000000012E6110>

print(next(ita))		 # 1
print(ita.__next__())    # 2
print(next(itb))		 # a
print(itb.__next__())	 # b

2、生成器

生成器(Generator)是Python中的一个特殊功能,它允许你创建一个行为类似于迭代器的对象,但使用更少的内存和更简洁的代码。生成器通过使用yield语句来生成一系列的值,而不是一次性生成整个序列。

当你调用一个生成器函数时,它不会立即执行函数体内的代码,而是返回一个生成器对象。每次从生成器请求值时(例如使用next()函数或在一个for循环中),函数会执行到下一个yield语句,并返回当前的值。然后函数会暂停执行,直到下一次请求值。

  1. 内存效率:生成器一次只生成一个值,而不是整个序列,因此对于大型数据集或无限序列,生成器可以节省内存。
  2. 延迟执行:生成器只在需要时执行,这可以提高程序的效率。
  3. 简洁性:生成器使得编写迭代器更加简洁和直观。
python
#生成一个无限大的整数序列
def infinite_sequence():
    num = 0
    while True:
        yield num
        num += 1
        
gen = infinite_sequence()
#每次调用next()函数时,生成器都会从上次暂停的地方继续执行。
for _ in range(10):
    print(next(gen))
python
#生成器推导式
gen = (i**2 for i in range(10) if i % 2 == 0)
print(next(gen))  # 0
print(next(gen))  # 4

七、列表集合字典推导式

1、什么是推导式

推导式comprehensions(又称解析式),是Python的一种独有特性。推导式是可以从一个数据序列构建另一个新的数据序列(一个有规律的列表或控制一个有规律列表)的结构体。 共有三种推导:列表推导式集合推导式字典推导式

[1, 2, 3] 推导式 [1, 4, 9]

2、为什么需要推导式

案例:创建一个0-9的列表

while循环:

python
#初始化计数器
i = 0
list1 = []
#编写循环条件
while i <= 9:
    list1.append(i)
 	# 更新计数器
    i += 1
print(list1)

for循环:

python
list1 = []
#编写for循环
for i in range(0, 10):
    list1.append(i)
print(list1)

思考:我们能不能把以上代码简化为一行代码搞定这个程序呢?

答:可以,使用推导式

3、列表推导式

基本语法:

python
变量名 = [表达式 for 变量 in 列表 for 变量 in 列表]
变量名 = [表达式 for 变量 in 列表 if 条件]

案例:定义0-9之间的列表

python
list1 = []
for i in range(10):
    list1.append(i)
print(list1)

列表推导式

python
list1 = [i for i in range(10)]
print(list1)

执行原理:[i for i in range(10)]

powershell
列表推导式先运行表达式右边的内容:

当第一次遍历时:i = 0,其得到变量i的结果后,会放入最左侧的变量i中,这个时候列表中就是[0]
当第二次遍历时:i = 1,其得到变量i的结果后,会追加最左侧的变量i中,这个时候列表中就是[0, 1]
...
当最后一次遍历时:i = 9,其得到变量i的结果后,会追加最左侧的变量i中,这个时候列表中就是[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

4、列表推导式 + if条件判断

在使用列表推导式时候,我们除了可以使用for循环,其实我们还可以在其遍历的过程中,引入if条件判断。

python
变量 = [表达式 for 临时变量 in 序列 if 条件判断]

等价于

for 临时变量 in 序列:
    if 条件判断

案例:生成0-9之间的偶数(i%2 == 0)序列

python
list1 = [i for i in range(10) if i % 2 == 0]
print(list1)

5、for循环嵌套列表推导式

python
for 临时变量 in range(n):
    for 临时变量 in range(n):

基本语法:

python
变量 = [表达式 for 临时变量 in 序列 for 临时变量 in 序列]

案例:创建列表 => [(1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]

(1,0) (1, 0-2)

(1,1) (1, 0-2)

(1,2) (1, 0-2)


(2,0) (2, 0-2)

(2,1) (2, 0-2)

(2,2) (2, 0-2)

原生代码:for循环嵌套

python
list1 = []
#外层循环
for i in range(1, 3):
    # 内层循环
    for j in range(0, 3):
        tuple1 = (i, j)
        list1.append(tuple1)
print(list1)

列表推导式:

python
list1 = [(i, j) for i in range(1, 3) for j in range(0, 3)]
print(list1)

6、字典推导式

思考:有如下两个列表,如何快速合并为一个字典?

python
list1 = ['name', 'age', 'gender']
list2 = ['Tom', 20, 'male']

person = {'name':'Tom', 'age':20, 'gender':'male'}

答:使用字典推导式

基本语法:

① 字典推导式列表推导式思想的延续,语法差不多,只不过产生的是字典而已。

② 字典推导式格式:

python
变量 = {key:value for key,value in 序列}

字典推导式作用:快速合并列表为字典或提取字典中目标数据。

案例1:创建一个字典:字典key是1-5数字,value是这个数字的2次方。

python
dict1 = {i:i**2 for i in range(1,6)}
print(dict1)

案例2:把两个列表合并为一个字典

python
list1 = ['name', 'age', 'gender']
list2 = ['Tom', 20, 'male']
#结果:person = {'name':'Tom', 'age':20, 'gender':'male'}

person = {list1[i]:list2[i] for i in range(len(list1))}
print(person)

案例3:提取字典中目标数据

python
counts = {'MBP': 268, 'HP': 125, 'DELL': 201, 'Lenovo': 199, 'ACER': 99}

#需求:提取上述电脑数量大于等于200的字典数据
counts = {key:value for key, value in counts.items() if value >= 200}
print(counts)

7、集合推导式

集合推导式跟列表推导式非常相似,唯一区别在于用 { } 代替 [ ]。

思考:为什么需要集合推导式,列表推导式不香么?

答:集合的最大特点就是去重

需求:创建一个集合,数据为下方列表的2次方。

python
list1 = [1, 1, 2]
set1 = {1, 4}

推导式

python
list1 = [1, 1, 2]
set1 = {i**2 for i in list1}
print(set1)