Python之数据结构分析及教学
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作者:杨菲菲
摘要：Python功能强大，应用到各行各业，在很多计算机相关专业都开设此课程。文中简要介绍了Python语言的内置数据结构，使用分类、对比教学方法详细分析了内置数据结构的操作，希望对Python语言的教学有帮助。
关键词：Python;内置数据结构;分类;对比教学方法
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）30-0130-03
1重要性
Python语言是一门跨平台、开源、免费的解释型高级动态编程语言，在八十年代末和九十年代初设计出来后，经过了快速的发展，到目前为止，在多个语言排行榜中位居前三，功能超级强大，应用到各行各业。目前在高校计算机相关专业的人才培养中，Java语言、c语言、Python语言一般都会开设。在教学中发现，相对于java语言、c语言，Python语言有自己的特点，特别是在内置数据结构这方面，相对于其他两门语言比较复杂，同时这些数据结构是python语言的特色，也是其能够灵活应用在各个行业领域的重要原因，要掌握python语言，必须首先要把熟练使用这些内置数据结构。同时，由于在很多高校python课程属于比较新的课程，针对此课程的教学研究也比较少。
2python的内置数据结构
数据结构是可以处理一些数据的结构，或者是用来存储一组相关数据的。Python中的内置数据结构有列表、元组、字典、集合，熟练掌握它们的用法可以更加快速的解决实际问题。
2.1列表（1ist）
列表由一系列按特定顺序排列的元素组成，与C语言中的数组不同的是，列表可以自动进行内存扩展或收缩，保证元素之间没有缝隙。
列表中的元素可以各不相同，可以存储整数、实数、字符串等基本类型，也可以是列表、元组、字典、集合以及其他自定义类型的对象，并且列表中数据保存的是数据的指针。
在形式上，列表的所有元素都放在一对口中，元素之间用逗号进行间隔。
列表的元素可以进行增删改查，也可以按照索引对其进行访问。
2.2元组（tupIe）
元组与列表类似，也是保存的数据的指针，不同的是元组在内存中申请的是固定地址，不可变更，不能修改和删除元组中的某个元素，只能创建和删除整个元组。
元组里可以存放的元素的数据类型同列表一样，值得注意的是，当元素是类似列表这种可变序列时，情况就不一样了，元组里面的列表是可以对列表进行修改、增加、删除操作的。
在形式上，元组的所有元素放在一对（）里面，元素之间用逗号进行间隔。
元组可以通过索引进行访问，不能进行元素的修改、添加、删除，可以对整个元组进行删除操作。
2.3字典（dictionary）
字典是一系列的键值对，类似于java中的map。字典中的每个元素包含键和值两部分，表示一种映射或对应关系，键值对是没有顺序的。
在形式上，每个元素的键和值用冒号分隔，不同元素之间用逗号分隔，所有元素放在一对大括号{}中。
字典中的键可以是python中任意不可变数据，如整数、实数、复数、字符串、元组等，不能使用列表、集合、字典或其他可变类型作为字典的键。
字典的键不允许重复，值是可以重复的。
2.4集合（set）
集合是没有顺序的简单对象的聚集嘲。集合更接近数学上集合的概念。集合中每个元素都是无序的、不重复的任意对象。
集合中只能是包含数字、字符串、元组等不可变类型的数据，而不能包含列表、字典、集合等可变类型的数据，相当于字典中的键。
在形式上，集合中所有的元素放在一对大括号{}中，元素之间用逗号分隔。
對集合可以进行增加删除元素，也可以进行求两个集合的交集、并集、差集等运算。
3内置数据结构的教学
Python中的数据结构比较多而且比较复杂，对于这四种内置的数据结构可以采用分类教学法、比较教学法。将其按照有序、无序和可变、不可变以及元素是否重复进行划分，介绍它们的使用方法。
3.1有序、无序
有序无序的序指的是元素可以在整个序列中是否有序，针对其使用，就是是否可以通过索引的方式来方位访问元素。
在这四种数据结构中，列表、元组都是有序，字典和集合是无序。有序的数据结构在对元素进行操作时要掌握索引和切片两个概念。
（1）双向索引。索引不陌生，在c语言和java语言的数组都出现过，python中的索引有所不同，支持双向索引，第一个元素下标为0，第二个元素为1，如果使用负索引，则最后一个元素下标为一1，倒数第二个元素下标为一2，以此类推。
（2）切片。切片也是python新增加的特色。切片适用于列表、元组、字符串等类型，应用于列表具有最为强大的功能。可以使用切片来截取列表中的任何部分元素，也可以通过切片来修改和删除列表中的部分元素。切片有三个重要参数：开始位置，截止位置，切片的步长。
3.2可变、不可变
可变、不可变指的是序列中的元素是不是可以增加、删除、修改操作。在这四种数据结构中，列表、字典、集合是可变的，元组是不可变的。
（1）增加元素
列表增加元素可以使用append方法尾部追加一个元素，使用insert方法向列表任意指定位置插入一个元素，使用extend方法将另一个列表中的所有元素追加至当前列表的尾部。这三种方法的共同点是在原地操作，不影响列表对象在内存中的起始位置。不同地方是它们的执行效率不同，insert方法如果在中间位置进行插入，效率比较低下，因为该位置后的所有元素都要移动，操作时要尽量避免在列表中间位置进行插入操作。
字典和集合都是无序的，所以在增加元素时不会考虑到位置问题。字典增加元素时，比较简单的方法是字典名[键名]=值名即可，update方法也可以。集合使用add方法增加元素，如果集合中已有，则忽略掉，也可以使用update方法合并另外一个集合中的元素到当前集合中。
（2）删除元素
列表删除元素可以使用pop方法删除最后一个元素，也可以通过索引的方式删除指定位置的元素，remove方法用来删除列表中第一个与指定值相等的元素，只是删除第一个，clear方法用于清空列表，也可以使用del命令来删除列表的指定元素和列表。如果删除后还希望使用元素，使用pop方法。
字典删除元素可以使用pop方法和popitem方法弹出并删除指定的元素，clear方法可以清空字典里面所有的元素，也可以使用del命令来删除字典中指定键值对和删除整个字典。
集合删除元素可以使用pop方法用于随机删除并返回集合中的一个元素，如果集合为空则抛出异常，remove方法用于删除集合中的指定元素，如果不存在则抛出异常，discard方法从集合中删除指定元素，所不同的是，如果元素不存在则忽略该操作，clear方法清空集合删除所有元素。使用del命令删除整个集合，但是不能用del命令删除集合中的指定元素。
（3）修改元素
修改元素对于可变序列来讲，可以直接使用索引找到指定元素进行修改。对于字典修改元素时可以使用update方法来进行修改，同时如果字典中没有该键值对还可以添加的功能。
集合不涉及到修改元素。
3.3总结
使用分类教学法、对比教学法对四种内置数据结构的操作进行总结归类如下表所示：
对于不可变序列，不涉及到增加、删除、修改操作，对于可变序列中，对比之后发现，列表提供的方法比较多，删除元素都可以使用pop方法弹出元素使用，都可以使用clear方法清空序列，都可以使用del命令删除序列。
4结束语
Python的使用非常广泛。通过简要介绍Python语言的内置数据结构，使用分类、对比教学方法详细分析了内置数据结构的操作，希望对Python语言的教学有帮助。
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