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Python內建模組Collections的使用教學詳解

2022-03-22 13:00:03

1、模組說明

collections 是 Python 的一個內建模組,所謂內建模組的意思是指 Python 內部封裝好的模組,無需安裝即可直接使用。

  • collections 包含了一些特殊的容器,針對 Python 內建的容器,例如: list、dict、set、tuple,提供了另一種選擇。
  • namedtuple: 可以建立包含名稱的 tuple。
  • deque: 類似於 list 的容器,可以快速的在佇列頭部和尾部新增、刪除元素。
  • OrderedDict: dict的子類,可以記住元素的新增順序。
  • defaultdict: dict的子類,可以呼叫提供預設值的函數。
  • Counter: dict的子類,計算可hash的物件。

2、 實戰程式碼

(1) testNamedTuple函數

Python 提供了很多非常好用的基本型別,比如不可變型別 tuple,我們可以輕鬆地用它來表示一個二元向量。

namedtuple 是一個函數,它用來建立一個自定義的 tuple 物件,並且規定了 tuple 元素的個數,並可以用屬性而不是索引來參照 tuple 的某個元素。

如此一來,我們用 namedtuple 可以很方便地定義一種資料型別,它具備 tuple 的不變性,又可以根據屬性來參照,使用十分方便。

本範例中我們使用了一個三維座標 x,y,z 來定義一個 tuple 物件,物件元素有3個,然後通過座標值來參照相應的值即可。

from collections import namedtuple
from collections import deque
from collections import defaultdict
from collections import OrderedDict
from collections import Counter
def testNamedTuple():
    vector=namedtuple('vector',['x','y','z'])
    flag=vector(3,4,5)
    print(type(flag))
    print(isinstance(flag,vector))
    print(isinstance(flag,tuple)) #通過這裡的判定我們就可以知曉它是元組型別
    print(flag.x,flag.y,flag.z)

(2) testDeque函數

deque是棧和佇列的一種廣義實現,deque是 "double-end queue" 的簡稱。

deque支援執行緒安全、有效記憶體地以近似O(1)的效能在 deque 的兩端插入和刪除元素,儘管 list 也支援相似的操作,但是它主要在固定長度操作上的優化,從而在 pop(0) 和 insert(0,v)(會改變資料的位置和大小)上有O(n)的時間複雜度。

在資料結構中,我們知道佇列和堆疊是兩個非常重要的資料型別,一個先進先出,一個後進先出。

在 python 中,使用 list 儲存資料時,按索引存取元素很快,但是插入和刪除元素就很慢,因為 list 是線性儲存,資料量大的時候,插入和刪除效率很低。

deque是為了高效實現插入和刪除操作的雙向連結串列結構,非常適合實現佇列和堆疊這樣的資料結構。

def testDeque():
    list1=[x*x for x in range(101)]
    delist=deque(list1) #對列表進行了一次再處理,讓list1列表變成了雙向連結串列結構
    delist.append(1000)#將x新增到deque的右側
    delist.appendleft(2000)#將x新增到deque的左側
    delist.pop(1000)#移除和返回deque中最右側的元素,如果沒有元素,將會報出IndexError;
    delist.popleft()#移除和返回deque中最左側的元素,如果沒有元素,將會報出IndexError;
    delist.count(1)#返回deque中元素等於1的個數
    delist.remove(10000)#移除第一次出現的value,如果沒有找到,報出ValueError;
    delist.reverse()#反轉deque中的元素,並返回None;
    list2=[1,3,4,5]
    delist.extend(list2)#將可迭代變數iterable中的元素新增至deque的右側
    delist.extendleft(list2)#將變數iterable中的元素新增至deque的左側,往左側新增序列的順序與可迭代變數iterable中的元素相反
    delist.maxlen()#唯讀的屬性,deque的最大長度,如果無解,就返回None
    delist.rotate(1)#從右側反轉n步,如果n為負數,則從左側反轉
    delist.clear()#將deque中的元素全部刪除,最後長度為0;

(3)testDefaultdict函數

defaultdict是內建資料型別 dict 的一個子類,基本功能與 dict 一樣,只是重寫了一個方法__missing__(key)和增加了一個可寫的物件變數 default_factory。

使用 dict 字典型別時,如果參照的 key 不存在,就會丟擲 KeyError。如果希望 Key 不存在時,返回一個預設值,就可以用 defaultdict。

def testDefaultdict():
    dict1= defaultdict(lambda: 'default') #Key不存在時,返回一個預設值,就可以用default,defaultdict的其他行為跟dict是完全一樣的
    dict1["k1"]="v1"
    print(dict1["k2"])
    list2= [('yellow',11),('blue',2),('yellow',3),('blue',4),('red',5),('red',10)]
    dict1 = defaultdict(list)#使用list作為default_factory,很容易將一個key-value的序列轉換為一個關於list的詞典
    for k,v in list2:
        dict1[k].append(v)
    print(dict1)

(4) testOrderedDict函數

OrderedDict類似於正常的詞典,只是它記住了元素插入的順序,當在有序的詞典上迭代時,返回的元素就是它們第一次新增的順序。這樣 dict 就是一個有序的字典。

使用 dict 時,key 是無序的。在對 dict 做迭代時,我們無法確定 key 的順序。但是如果想要保持 key 的順序,可以用 OrderedDict。

def testOrderedDict():
    dict1=dict([('aaa', 111), ('ddd',444),('bbb', 222), ('ccc', 333)])
    print(dict1)
    dict2 = OrderedDict([('ddd',444),('aaa', 111), ('bbb', 222), ('ccc', 333)])#OrderedDict的key會按照插入的順序排列,不是key本身排序
    print(dict2)
    dict3 = {"banana": 33, "apple": 222, "pear": 1, "orange": 4444}
    # dict sorted by key
    dict4=OrderedDict(sorted(dict3.items(), key=lambda t: t[0]))
    print("dict4",dict4)
    # dict sorted by value
    dict5=OrderedDict(sorted(dict3.items(), key=lambda t: t[1]))
    print("dict5",dict5)
    # dict sorted by length of key string
    dict6 = OrderedDict(sorted(dict3.items(), key=lambda t: len(t[0])))
    print("dict6",dict6)
    print(dict6['apple'])

(5) testCounter函數

def testCounter():
    '''counter可以支援方便、快速的計數'''
    str1="abcdefgabcedergeghdjlkabcdefe" #將可迭代的字串初始化counter
    str2=Counter(str1)
    print(str2) #從輸出的內容來看,Counter實際上也是dict的一個子類
    for k,v in str2.items():
        print(k,v)
    dict3 = {"banana": 33, "apple": 222, "pear": 1, "orange": 4444,"apples":2}#將dict初始化counter
    dict4=Counter(dict3)
    print(dict4)
    print(dict4["test"])#Counter物件類似於字典,如果某個項缺失,會返回0,而不是報出KeyError;
    dict5=Counter(high=9,age=33,money=-1)#將args初始化counter
    print(dict5)
    #elements返回一個迭代器,每個元素重複的次數為它的數目,順序是任意的順序,如果一個元素的數目少於1,那麼elements()就會忽略它;
    list1=list(dict5.elements())
    print(list1)
    #most_common返回一個列表,包含counter中n個最大數目的元素
    #,如果忽略n或者為None,most_common()將會返回counter中的所有元素,元素有著相同數目的將會以任意順序排列;
    str1 = "abcdefgabcedergeghdjlkabcdefe"
    list1=Counter(str1).most_common(3)
    print(list1)
if __name__ == '__main__':
    # testNamedTuple()
    # testCounter()
    testDefaultdict()
    # testDeque()
    # testOrderedDict()

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