Python使用dict和set

dict

Python内置了字典：dict的支持，dict全称dictionary，在其他语言中也成为map，使用键-值（key-value）存储，具有极快的查找速度。

假设要根据同学的名字查找对应的成绩，如果用list实现，需要两个list：

names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
scores = [95, 75, 85]

给定一个名字，要查找对应的成绩，就先要在names中找到对应的位置，再从scores取出对应的成绩，list越长，耗时越长。

如果dict实现，只需要一个“名字”-“成绩”的对照表，直接根据名字查找成绩，无论这个表有多大，查找速度都不会变慢。用Python写一个dict如下：

dict的实现原理和查字典是一样的。假设字典包含了1万个汉字，我们要查某一个字，一个办法是把字典从第一页往后翻，直到找到我们想要的字为止，这种方法就是在list中查找元素的方法，list越大，查找越慢。第二种方法是先在字典的索引表里（比如部首表）查找这个字的对应的页码，然后直接翻到该页，找到这个字。无论找哪个字，这种查找速度都非常快。不会随着字典大小的增加而变慢。

dict就是第二种实现方式，给定一个名字，比如‘Michael’，dict在内部就可以直接计算出Michael对应的存放成绩的“页码”，也就是95这个数字存放的内存地址，直接取出来，所以速度非常快。

可以猜到，这种key-value存储方式，在放进去的时候，必须根据key算出value的存放位置，这样，取得时候才能根据key直接拿到value。

把数据放入dict的方法，除了初始化时指定外，还可以通过key放入：

由于key只能对应一个value，所以，多次对一个key放入value，后面的值会把前面的值冲掉。

如果key不存在，dict就会报错。

要避免key不存在的错误，有两种方法，一是通过in判断key是否存在：

二是dict提供的get方法，如果key不存在，可以返回None，或者自己指定的value：

注意，返回None的时候Python的交互命令行不显示结果。

要删除一个key，用pop(key)方法，对应的value也会从dict中删除;

务必注意，dict内部存放的顺序和key放入的顺序是没有关系的。

和list比较，dict有以下几个特点：

①查找和插入的速度极快，不会随着key的增加而变慢；

②需要占用大量的内存，内存浪费多。

而list相反：

①查找和插入的时间随着元素的增加而增加；

②占用空间小，浪费内存很少。

所以，dict是用空间来换取时间的一种方法。

dict可以用在需要告诉查找的很多地方，在Python代码中几乎无处不在，正确使用dict非常重要，需要牢记的第一条就是dict和key必须是不可变对象。

这是因为dict根据key来计算value的存储位置，如果每次计算相同的key得出的结果不同，那dict内部就完全混乱了。这个通过key计算位置的算法称为哈希算法（Hash）。

要保证hash的正确性，作为key的对象就不能变。在Python中，字符串、整数等都是不可变的，因此，可以放心地作为key。而list是可变的，就不能作为key：

set

set和list类似，也是一组key的集合，但不存储value。由于key不能重复，所以，在set中，没有重复的key。

要创建一个set，需要提供一个list作为输入集合：

注意，传入的参数[1,2,3]是一个list，而现实的{1,2,3}只是告诉你这个set内部有1,2,3这3个元素，显示的顺序也不表示set是有序的。重复元素在set中自动被过滤

通过add(key)方法可以添加元素到set中，可以重复添加，但是不会有效果：

通过remove(key)方法可以删除元素

set可以看成数学意义上的无须和无重复元素的集合，因此，两个set可以做数学意义上的交集、并集等操作

set和dict的唯一区别仅在于没有存储对应的value，但是，set的原理和dict一样，所以，同样不可以放入可变对象，因为无法判断两个可变对象是否相等，也就无法保证set内部“不会有重复元素”。

再议不可变对象

set是不可变对象，而list是可变对象。

对于可变对象，比如list，对list进行操作，list内部的内容是会变化的。

对于不可变对象，比如str，对str进行操作呢

虽然字符串有个replace()方法，也确实变出了‘Abc’，但是变量a最后仍然是‘abc’，如何理解？

a是变量，而‘abc’才是字符串对象！有些时候，我们经常说，对象a的内容是‘abc’，但其实是指，a本身是一个变量，它指向的对象的内容才是‘abc’；

>>> a = 'abc'
>>> b = a.replace('a', 'A')
>>> b
'Abc'
>>> a
'abc'

当我们调用a.replace('a','A')时，实际上调用方法replace是作用在字符串对象‘abc’上的，而这个方法虽然名字叫replace，但却没有改变字符串‘abc’的内容。相反，replace方法创建了一个新字符串‘Abc’并返回，如果我们用变量b指向该新字符串，就容易理解了，变量a仍指向原有的字符串‘abc’，但是变量b却指向了新字符串‘Abc’了。

所以，对于不变对象来说，调用对象自身的任意方法，也不会改变该对象自身的内容。相反，这些方法会创建新的对象返回，这样，就保证了不可变对象本身是永远不可变的。