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【Python 1-11】Python手把手教程之——字典的用法和对字典的管理

作者 | 弗拉德

来源 | 弗拉德

字典

字典是另一种可变容器模型,且可存储任意类型对象。字典的每个键值 key=>value对用冒号:分割,每个键值对之间用逗号,分割,整个字典包括在花括号{}中。

使用字典

在Python中,字典是一系列键—值对。每个键都与一个值相关联,你可以使用键来访问与之相关联的值。与键相关联的值可以是数字、字符串、列表乃至字典。事实上,可将任何Python对象用作字典中的值。

来看一个游戏,其中包含一些外星人,这些外星人的颜色和点数各不相同,如下所示:


alien_0 = {'color': 'green', 'points': 5}

键—值对是两个相关联的值。指定键时,Python将返回与之相关联的值。键和值之间用冒号分隔,而键—值对之间用逗号分隔。在字典中,你想存储多少个键—值对都可以。

最简单的字典只有一个键—值对,如下述修改后的字典alien_0所示:


alien_0 = {'color': 'green'}

这个字典只存储了一项有关alien_0的信息,具体地说是这个外星人的颜色。在这个字典中,字符串color是一个键,与之相关联的值为green

访问字典中的值

要获取与键相关联的值,可依次指定字典名和放在方括号内的键,如下所示:


alien_0 = {'color': 'green'}

print(alien_0['color'])

这将返回字典alien_0中与键color相关联的值:


green

字典中可包含任意数量的键—值对。例如,下面是最初的字典alien_0,其中包含两个键— 值对:


alien_0 = {'color': 'green', 'points': 5}

现在,你可以访问外星人alien_0的颜色和点数。如果玩家射杀了这个外星人,你就可以使用下面的代码来确定玩家应获得多少个点:


alien_0 = {'color': 'green', 'points': 5}

new_points = alien_0['points']

print("You just earned " + str(new_points) + " points!")

上述代码首先定义了一个字典,然后从这个字典中获取与键points相关联的值,并将这个值存储在变量new_points中。接下来,将这个整数转换为字符串,并打印一条消息,指出玩家获得了多少个点:


You just earned 5 points!

添加键—值对

字典是一种动态结构,可随时在其中添加键—值对。要添加键—值对,可依次指定字典名、用方括号括起的键和相关联的值。

下面在字典alien_0中添加两项信息:

外星人的x坐标和y坐标,让我们能够在屏幕的特定位置显示该外星人。我们将这个外星人放在屏幕左边缘,且离屏幕上边缘25像素的地方。由于屏幕坐标系的原点通常为左上角,因此要将该外星人放在屏幕左边缘,可将x坐标设置为0,要将该外星人放在离屏幕顶部25像素的地方,可将y坐标设置为25,如下所示:


alien_0 = {'color': 'green', 'points': 5}

print(alien_0)

alien_0['x_position'] = 0

alien_0['y_position'] = 25

print(alien_0)

我们首先定义了前面一直在使用的字典,然后打印这个字典,以显示其信息快照。我们在这个字典中新增了一个键—值对,其中的键为x_position,而值为0。接着我们重复这样的操作,但使用的键为y_position。打印修改后的字典时,将看到这两个新增的键—值对:


{'color': 'green', 'points': 5}

{'color': 'green', 'points': 5, 'y_position': 25, 'x_position': 0}

这个字典的最终版本包含四个键—值对,其中原来的两个指定外星人的颜色和点数,而新增的两个指定位置。注意,键—值对的排列顺序与添加顺序不同。Python不关心键—值对的添加顺序,而只关心键和值之间的关联关系。

创建空字典

有时候,在空字典中添加键—值对是为了方便,而有时候必须这样做。为此,可先使用一对空的花括号定义一个字典,再分行添加各个键—值对。例如,下例演示了如何以这种方式创建字典alien_0:


alien_0 = {}

alien_0['color'] = 'green'

alien_0['points'] = 5

print(alien_0)

这里首先定义了空字典alien_0,再在其中添加颜色和点数,得到前述示例一直在使用的字典:


{'color': 'green', 'points': 5}

使用字典来存储用户提供的数据或在编写能自动生成大量键—值对的代码时,通常都需要先定义一个空字典。

修改字典中的值

要修改字典中的值,可依次指定字典名、用方括号括起的键以及与该键相关联的新值。

例如,假设随着游戏的进行,需要将一个外星人从绿色改为黄色:


alien_0 = {'color': 'green'}

print("The alien is " + alien_0['color'] + ".")

alien_0['color'] = 'yellow'

print("The alien is now " + alien_0['color'] + ".")

我们首先定义了一个表示外星人alien_0的字典,其中只包含这个外星人的颜色。接下来,我们将与键color相关联的值改为yellow。输出表明,这个外星人确实从绿色变成了黄色:


The alien is green.

The alien is now yellow.

来看一个更有趣的例子,对一个能够以不同速度移动的外星人的位置进行跟踪。我们将存储该外星人的当前速度,并据此确定该外星人将向右移动多远:


alien_0 = {'x_position': 0, 'y_position': 25, 'speed': 'medium'}

print("Original x-position: " + str(alien_0['x_position']))

# 向右移动外星人

# 据外星人当前速度决定将其移动多远

if alien_0['speed'] == 'slow':

x_increment = 1

elif alien_0['speed'] == 'medium':

x_increment = 2

else:

# 这个外星人的速度一定很快

x_increment = 3

# 新位置等于老位置加上增量

alien_0['x_position'] = alien_0['x_position'] + x_increment

print("New x-position: " + str(alien_0['x_position']))

我们首先定义了一个外星人,其中包含初始的x坐标和y坐标,还有速度medium。出于简化考虑,我们省略了颜色和点数,但即便包含这些键值对,这个示例的工作原理也不会有任何变化。我们还打印了x_position的初始值,这让用户知道这个外星人向右移动了多远。

然后,使用了一个if-elif-else结构来确定外星人应向右移动多远,并将这个值存储在变量x_increment中。如果外星人的速度为slow,它将向右移动一个单位,如果速度为medium,将向右移动两个单位,如果为fast,将向右移动三个单位。确定移动量后,将其与x_position的当前值相加,再将结果关联到字典中的键x_position

由于这是一个速度中等的外星人,因此其位置将向右移动两个单位:


Original x-position: 0

New x-position: 2

通过修改外星人字典中的值,可改变外星人的行为。例如,要将这个速度中等的外星人变成速度很快的外星人,可添加如下代码行:


alien_0['speed'] = fast

这样,再次运行这些代码时,其中的if-elif-else结构将把一个更大的值赋给变量

x_increment

删除键—值对

对于字典中不再需要的信息,可使用del语句将相应的键—值对彻底删除。使用del语句时,必须指定字典名和要删除的键。

例如,下面的代码从字典alien_0中删除键points及其值:


alien_0 = {'color': 'green', 'points': 5}

print(alien_0)

del alien_0['points']

print(alien_0)

上述代码将键points从字典alien_0中删除,同时删除与这个键相关联的值。输出表明,键points及其值5已从字典中删除,但其他键—值对不受影响:


{'color': 'green', 'points': 5}

{'color': 'green'}

遍历字典

一个Python字典可能只包含几个键—值对,也可能包含数百万个键—值对。鉴于字典可能包含大量的数据,Python支持对字典遍历。字典可用于以各种方式存储信息,因此有多种遍历字典的方式,可遍历字典的所有键—值对、键或值。

遍历所有的键—值对

探索各种遍历方法前,先来看一个新字典,它用于存储有关网站用户的信息。下面的字典存储一名用户的用户名、名和姓:


user_0 = {

'username':

'efermi',

'first':

'enrico',

'last':

'fermi',

}

我们可以使用一个for循环来遍历这个字典:


for key, value in user_0.items():

print("\nKey: " + key)

print("Value: " + value)

要实现遍历字典的for循环,可声明两个变量,用于存储键—值对中的键和值。 对于这两个变量,可使用任何名称。下面的代码使用了简单的变量名,这完全可行:


for k, v in user_0.items()

for语句的第二部分包含字典名和方法items(),它返回一个键—值对列表。接下来,for循环依次将每个键—值对存储到指定的两个变量中。我们使用这两个变量来打印每个键及其相关联的值。第一条print语句中的"\n"确保在输出每个键—值对前都插入一个空行:


Key: last

Value: fermi

  

Key: first

Value: enrico

  

Key: username

Value: efermi

即便遍历字典时,键—值对的返回顺序也与存储顺序不同。Python不关心键—值对的存储顺序,而只跟踪键和值之间的关联关系。

遍历字典中的所有键

在不需要使用字典中的值时,方法keys()很有用。下面来遍历字典favorite_languages,并将每个被调查者的名字都打印出来:


favorite_languages = {'jen': 'python',

'sarah': 'c',

'edward': 'ruby',

'phil': 'python'}

for name in favorite_languages.keys():

print(name.title())

.keys()方法提取字典favorite_languages中的所有键,并依次将它们存储到变量name中。输出列出了每个被调查者的名字:


Jen

Sarah

Phil

Edward

遍历字典时,会默认遍历所有的键,因此,如果将上述代码中的for name in favorite_ languages.keys():替换为for name in favorite_languages:,输出将不变。如果显式地使用方法keys()可让代码更容易理解,你可以选择这样做,也可省略它。在这种循环中,可使用当前键来访问与之相关联的值。

下面来打印两条消息,指出两位朋友喜欢的语言。我们像前面一样遍历字典中的名字,但在名字为指定朋友的名字时,打印一条消息,指出其喜欢的语言:


favorite_languages = { 'jen': 'python',

'sarah': 'c',

'edward': 'ruby',

'phil': 'python'}

friends = ['phil', 'sarah']

for name in favorite_languages.keys():

print(name.title())

if name in friends:

print(" Hi " + name.title() + ", I see your favorite language is " + favorite_languages[name].title() + "!")

我们创建了一个列表,其中包含我们要通过打印消息,指出其喜欢的语言的朋友。 在循环中,我们打印每个人的名字,并检查当前的名字是否在列表friends中

如果在列表中,就打印一句特殊的问候语,其中包含这位朋友喜欢的语言。为访问喜欢的语言,我们使用了字典名,并将变量name的当前值作为键。每个人的名字都会被打印,但只对朋友打印特殊消息:


Jen

Sarah

Hi Sarah, I see your favorite language is C!

Edward

Phil

Hi Phil, I see your favorite language is Python!

按顺序遍历字典中的所有键

字典总是明确地记录键和值之间的关联关系,但获取字典的元素时,获取顺序是不可预测的。

要以特定的顺序返回元素,一种办法是在for循环中对返回的键进行排序。可使用函数sorted()来获得按特定顺序排列的键列表的副本:


favorite_languages = { 'jen': 'python','sarah': 'c','edward': 'ruby','phil': 'python'}

for name in  sorted(favorite_languages.keys()):

print(name.title() + ", thank you for taking the poll.")

这个示例中,对方法dictionary.keys()的结果调用了函数sorted()。 这让Python列出字典中的所有键,并在遍历前对这个列表进行排序。输出表明,按顺序显示了所有被调查者的名字:


Edward, thank you for taking the poll.

Jen, thank you for taking the poll.

Phil, thank you for taking the poll.

Sarah, thank you for taking the poll.

遍历字典中的所有值

如果你只想知道字典包含的值,可使用方法values(),它返回一个值列表,而不包含任何键。

例如,如果我们想获得一个这样的列表,即其中只包含被调查者选择的各种语言,而不包含被调查者的名字,可以这样做:


favorite_languages = { 'jen': 'python','sarah': 'c', 'edward': 'ruby', 'phil': 'python'}

print("The following languages have been mentioned:")

for language in favorite_languages.values():

print(language.title())

这条for语句提取字典中的每个值,并将它们依次存储到变量language中。通过打印这些值,就获得了一个列表,其中包含被调查者选择的各种语言:


The following languages have been mentioned:

Python

C

Python

Ruby

这种做法提取字典中所有的值,而没有考虑是否重复。涉及的值很少时,这也许不是问题,但如果被调查者很多,最终的列表可能包含大量的重复项。为剔除重复项,我们可使用集合set。 集合类似于列表,但每个元素都必须是独一无二的:


favorite_languages = { 'jen': 'python',

'sarah': 'c', 'edward': 'ruby', 'phil': 'python', }

print("The following languages have been mentioned:")

for language in  set(favorite_languages.values()):

print(language.title())

通过对包含重复元素的列表调用set(),可以帮我们找出列表中独一无二的元素,并使用这些元素来创建一个集合。我们使用了set()来提取favorite_languages.values()中不同的语言。

结果是一个不重复的列表,其中列出了被调查者提及的所有语言:


The following languages have been mentioned:

Python

C

Ruby

嵌套

有时候,需要将一系列字典存储在列表中,或将列表作为值存储在字典中,这称为嵌套。你可以在列表中嵌套字典、在字典中嵌套列表甚至在字典中嵌套字典,嵌套是一项强大的功能。

字典列表

字典alien_0包含一个外星人的各种信息,但无法存储第二个外星人的信息,更别说屏幕上全部外星人的信息了。如何管理成群结队的外星人呢?一种办法是创建一个外星人列表,其中每个外星人都是一个字典,包含有关该外星人的各种信息。

例如,下面的代码创建一个包含三个外 星人的列表:


alien_0 = {'color': 'green', 'points': 5}

alien_1 = {'color': 'yellow', 'points': 10}

alien_2 = {'color': 'red', 'points': 15}

aliens = [alien_0, alien_1, alien_2]

for alien in aliens:

print(alien)

我们首先创建了三个字典,其中每个字典都表示一个外星人。我们将这些字典都放到一个名为aliens的列表中。最后,我们遍历这个列表,并将每个外星人都打印出来:


{'color': 'green', 'points': 5}

{'color': 'yellow', 'points': 10}

{'color': 'red', 'points': 15}

更符合现实的情形是,外星人不止三个,且每个外星人都是使用代码自动生成的。在下面的示例中,我们使用range()生成了30个外星人:


# 创建一个用于存储外星人的空列表

aliens = []

# 创建30个绿色的外星人

for alien_number in  range(30):

new_alien = {'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

aliens.append(new_alien)

# 显示前五个外星人

for alien in aliens[:5]:

print(alien)

# 显示创建了多少个外星人

print("Total number of aliens: " + str(len(aliens)))

在这个示例中,首先创建了一个空列表,用于存储接下来将创建的所有外星人。range()返回一系列数字,其用途是告诉Python我们要重复这个循环多少次。每次执行这个循环时,都创建一个外星人,并将其附加到列表aliens末尾。然后使用一个切片来打印前五个外星人,然后打印列表的长度,以证明确实创建了30个外星人


{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

Total number of aliens: 30

这些外星人都具有相同的特征,但在Python看来,每个外星人都是独立的,这让我们能够独立地修改每个外星人。

在什么情况下需要处理成群结队的外星人呢?想象一下,可能随着游戏的进行,有些外星人会变色且移动速度会加快。必要时,我们可以使用for循环和if语句来修改某些外星人的颜色。

例如,要将前三个外星人修改为黄色的、速度为中等且值10个点,可以这样做:


# 创建一个用于存储外星人的空列表

aliens = []

# 创建30个绿色的外星人

for alien_number in  range (0,30):

new_alien = {'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

aliens.append(new_alien)

for alien in aliens[0:3]:

if alien['color'] == 'green':

alien['color'] = 'yellow'

alien['speed'] = 'medium'

alien['points'] = 10

  

# 显示前五个外星人

for alien in aliens[0:5]:

print(alien)

由于我们要修改前三个外星人,需要遍历一个只包含这些外星人的切片。当前,所有外星人都是绿色的,但情况并非总是如此,因此我们编写了一条if语句来确保只修改绿色外星人。如果外星人是绿色的,我们就将其颜色改为yellow,将其速度改为medium,并将其点数改为10, 如下面的输出所示:


{'color': 'yellow', 'points': 10, 'speed': 'medium'}

{'color': 'yellow', 'points': 10, 'speed': 'medium'}

{'color': 'yellow', 'points': 10, 'speed': 'medium'}

{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

{'color': 'green', 'points': 5, 'speed': 'slow'}

你可以进一步扩展这个循环,在其中添加一个elif代码块,将黄色外星人改为移动速度快且值15个点的红色外星人,如下所示(这里只列出了循环,而没有列出整个程序):


for alien in aliens[0:3]:

if alien['color'] == 'green':

alien['color'] = 'yellow'

alien['speed'] = 'medium'

alien['points'] = 10

elif alien['color'] == 'yellow':

alien['color'] = 'red'

alien['speed'] = 'fast'

alien['points'] = 15

在字典中存储列表

有时候,需要将列表存储在字典中,而不是将字典存储在列表中。例如,你如何描述顾客点的比萨呢?如果使用列表,只能存储要添加的比萨配料,但如果使用字典,就不仅可在其中包含配料列表,还可包含其他有关比萨的描述。

在下面的示例中,存储了比萨的两方面信息,外皮类型和配料列表。其中的配料列表是一个与键toppings相关联的值。要访问该列表,我们使用字典名和键toppings,就像访问字典中的其他值一样。这将返回一个配料列表,而不是单个值:


# 存储所点比萨的信息

pizza = {

'crust': 'thick',

'toppings': ['mushrooms', 'extra cheese']}

# 概述所点的比萨

print("You ordered a " + pizza['crust'] + "-crust pizza " +

"with the following toppings:")

for topping in pizza['toppings']:

print("\t" + topping)

我们首先创建了一个字典,其中存储了有关顾客所点比萨的信息。在这个字典中,一个键是crust,与之相关联的值是字符串thick,下一个键是toppings,与之相关联的值是一个列表,其中存储了顾客要求添加的所有配料。制作前我们概述了顾客所点的比萨。为打印配料,我们编写了一个for循环。为访问配料列表,我们使用了键toppings,这样Python将从字典中提取配料列表。

下面的输出概述了要制作的比萨:


You ordered a thick-crust pizza with the following toppings:

mushrooms

extra cheese

每当需要在字典中将一个键关联到多个值时,都可以在字典中嵌套一个列表。在前面有关喜欢的编程语言的示例中,如果将每个人的回答都存储在一个列表中,被调查者就可选择多种喜欢的语言。在这种情况下,当我们遍历字典时,与每个被调查者相关联的都是一个语言列表,而不是一种语言,因此,在遍历该字典的for循环中,我们需要再使用一个for循环来遍历与被调查者相关联的语言列表:


favorite_languages = {'jen': ['python', 'ruby'],

'sarah': ['c'],

'edward': ['ruby', 'go'],

'phil': ['python', 'haskell'], }

  

for name, languages in favorite_languages.items():

print("\n" + name.title() + "'s favorite languages are:")

for language in languages:

print("\t" + language.title())

现在与每个名字相关联的值都是一个列表。请注意,有些人喜欢的语言只有一种,而有些人有多种。遍历字典时,我们使用了变量languages来依次存储字典中的每个值,因为我们知道这些值都是列表。在遍历字典的主循环中,我们又使用了一个for循环来遍历每个人喜欢的语言列表。现在,每个人想列出多少种喜欢的语言都可以:


Jen's favorite languages are:

Python

Ruby

Sarah's favorite languages are:

C

Phil's favorite languages are:

Python

Haskell

Edward's favorite languages are:

Ruby

Go

在字典中存储字典

可在字典中嵌套字典,但这样做时,代码可能很快复杂起来。例如,如果有多个网站用户,每个都有独特的用户名,可在字典中将用户名作为键,然后将每位用户的信息存储在一个字典中,并将该字典作为与用户名相关联的值。

在下面的程序中,对于每位用户,我们都存储了其三项信息:名、姓和居住地,为访问这些信息,我们遍历所有的用户名,并访问与每个用户名相关联的信息字典:


users = {'aeinstein': {

'first': 'albert',

'last': 'einstein',

'location': 'princeton'},

'mcurie': {

'first': 'marie',

'last': 'curie',

'location': 'paris'}}

for username, user_info in users.items():

print("\nUsername: " + username)

full_name = user_info['first'] + " " + user_info['last']

location = user_info['location']

print("\tFull name: " + full_name.title())

print("\tLocation: " + location.title())

我们首先定义了一个名为users的字典,其中包含两个键:用户名aeinsteinmcurie,与每个键相关联的值都是一个字典,其中包含用户的名、姓和居住地。我们先遍历字典users,让Python依次将每个键存储在变量username中,并依次将与当前键相关联的字典存储在变量user_info中。

在主循环内部,我们将用户名打印出来。接着我们开始访问内部的字典。变量user_info包含用户信息字典,而该字典包含三个键:firstlastlocation,对于每位用户,我们都使用这些键来生成整洁的姓名和居住地,然后打印有关用户的简要信息:


Username: aeinstein

Full name: Albert Einstein Location: Princeton

Username: mcurie

Full name: Marie Curie Location: Paris

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