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本文轉自：磐創AI
概述
在深入研究資料科學和模型構建之前，Python中的資料結構是一個需要學習的關鍵概念
瞭解Python提供的不同資料結構，包括列表、元組等
介紹
資料結構聽起來是一個非常直截了當的話題，但許多資料科學和分析的新手並不知道它是什麼。當我詢問這些人關於Python中不同的資料結構以及它們是如何工作的時，他們一片空白。
Python是一種很容易學習的程式語言，但是我們需要先弄清楚我們的基本知識，然後再深入研究有吸引力的機器學習。這是因為在我們執行的每一個數據探索任務背後，甚至在我們採取的分析步驟背後，都有一個數據儲存和組織的基本元素。
而且這是一個無需考慮的問題——當我們高效地儲存資料時，提取資訊變得非常容易。由於我們的程式碼執行得更快，我們節省了大量的時間——誰不希望這樣呢？
所以我希望你掌握Python中的資料結構。
在本文中，我們將探討Python中的基本內建資料結構，當你在現實世界中處理資料時，這些結構將非常有用。所以無論你是資料科學家還是分析師，這篇文章對你來說都同樣重要。
目錄
Python中的資料結構
資料結構1：Python中的列表
建立列表
訪問列表元素
在列表中追加值
從列表中刪除元素
排序列表
串聯列表
列表解析
使用列表堆疊和佇列
資料結構2：Python中的元組
在Python中建立元組
元組的不變性
元組賦值
更改元組值
資料結構3：Python中的字典
生成字典
訪問鍵和值
資料結構4：Python中的集合
從集合中新增和刪除元素
集合的操作
Python中的資料結構
「資料結構」
是高效儲存和組織資料的一種方法。這將允許你輕鬆訪問和執行資料操作。
在資料結構方面，沒有一種適合所有型別的模型。你將需要以不同的方式儲存資料，以滿足一時需要。也許你想把所有型別的資料儲存在一起，或者你想要一些更快的資料搜尋，或者一些只儲存不同資料項的東西。
幸運的是，Python有許多內建的資料結構，可以幫助我們輕鬆地組織資料。因此，有必要先了解這些，以便我們在處理資料時，確切地知道哪些資料結構將有效地解決我們的目的。
資料結構1:Python中的列表
Python中的列表是最通用的資料結構。它們用於儲存異構資料項，從整數到字串，甚至是另一個列表！它們也是可變的，這意味著即使在建立列表之後，它們的元素也可以更改。
建立列表
列表是透過將元素括在［］內建立的，每個項用逗號分隔：
由於列表中的每個元素都有自己不同的位置，因此在列表中具有重複的值不是問題：
訪問列表元素
要訪問列表的元素，我們使用索引。列表中的每個元素都有一個與其相關的索引，這取決於它在列表中的位置。列表的第一個元素有索引0，下一個元素有索引1，依此類推。列表的最後一個元素的索引小於列表的長度。
但索引不一定總是正的，也可能是負的。你認為負索引意味著什麼？
正索引從列表開始開始計數，而負索引從列表末尾開始計數。如果我們想從列表的末尾返回第n個元素，這就避免了我們必須執行的瑣碎計算。因此，對於列表的最後一項，我們不需要返回List_name［len（List_name）-1］元素，只需編寫List_name［-1］。
使用負索引，我們可以輕鬆地返回列表末尾的第n個元素。如果我們想從結尾返回第一個元素，或者最後一個索引，那麼關聯的索引是-1。類似地，倒數第二個元素的索引將是-2，依此類推。記住，第0個索引仍然引用列表中的第一個元素。
但是如果我們想返回列表中兩個位置之間的一系列元素呢？這叫做切片。我們要做的就是指定開始和結束索引，例如List_name［start ： end］。
這裡要記住的一件重要的事情是，結束索引處的元素永遠不包含在內。只返回從開start索引到等於end-1索引的元素。
在列表中追加值
我們可以使用**append（）**或
「insert()」
方法向現有列表中新增新元素：
「append()」
，在列表末尾新增一個元素
「insert()」
，在指定的特定位置將元素新增到列表
從列表中刪除元素
從列表中刪除元素與新增元素一樣簡單，可以使用**remove（）
「或」
pop（）**方法完成：
「remove()」
–從列表中刪除與給定值匹配的第一個匹配項
「pop()」
–當我們要從列表中移除指定索引處的元素時使用。但是，如果我們不提供索引值，最後一個元素將從列表中刪除
排序列表
大多數情況下，你將使用列表對元素進行排序。因此瞭解**sort（）**方法非常重要。它允許你按升序或降序對列表元素進行就地排序：
但是當你想要對包含字串元素的列表進行排序時，事情就變得有點棘手了。你如何比較兩個字串？好吧，字串值是使用字串中字元的ASCII值排序的。字串中的每個字元都有一個與其關聯的整數值。我們使用這些值對字串進行排序。
在比較兩個字串時，我們只是從一開始比較每個字元的整數值。如果在兩個字串中遇到相同的字元，我們只需比較下一個字元，直到找到兩個不同的字元。當然，這是內部完成的，所以你不必擔心！
合併列表
我們甚至可以透過簡單地使用+符號連線兩個或多個列表。這將返回一個新列表，其中包含兩個列表中的元素：
列表解析
列表的一個非常有趣的應用是列表解析，它提供了一種建立新列表的簡潔方法。這些新列表是透過對現有列表的每個元素應用操作建立的。如果我們首先檢查一下如何使用舊的for迴圈來完成它：
現在，我們將看到如何使用列表理解簡潔地執行此操作：
看到區別了嗎？列表解析對於任何資料科學家來說都是一項有用的語法，因為你可以看到和編寫簡明易讀的程式碼！
堆疊和佇列
列表是Python中內建的資料結構。但我們可以使用它來建立使用者定義的資料結構。使用列表構建的兩種非常流行的使用者定義資料結構是棧和佇列。
棧是一個元素列表，其中元素的新增或刪除是從列表的末尾開始的。把它想象成一堆書。當你需要從書堆中新增或刪除一本書時，你可以從頂部開始。它使用了後進先出的簡單概念。
另一方面，佇列是一個元素列表，其中元素的添加發生在列表的末尾，而元素的刪除則發生在列表的前面。你可以把它想象成現實世界中的一個佇列。當前面的人離開佇列時，佇列變短。當有新成員從末尾新增到佇列中時，佇列將變長。它使用先進先出的概念。
現在，作為一個數據科學家或分析師，你可能不是每天都在使用這個概念，但是當你必須構建自己的演算法時，它肯定會幫助你！
資料結構2：Python中的元組
元組是Python中另一種非常流行的內建資料結構。它們與列表非常相似，只不過有一個區別，它們是不可變的。這意味著一旦生成元組，就不能新增、刪除或編輯任何值。
我們將進一步探討這個問題，但首先讓我們看看如何在Python中建立元組！
在Python中建立元組
元組可以透過在（括號）內寫入值來生成，每個元素用逗號分隔。但是，即使你寫了一堆沒有任何括號的值並把它們賦給一個變數，你最終還是會得到一個元組！
好了，現在我們知道了如何建立元組，讓我們討論一下不變性。
元組的不變性
在Python中，任何在建立後不能修改的內容都是不可變的。Python語言可以分解為可變和不可變的物件。
列表、字典、集合（我們將在後面的章節中探討這些）是可變物件，這意味著它們可以在建立後修改。另一方面，整數、浮點數、布林值、字串甚至元組都是不可變的物件。但是，是什麼使它們不可改變呢？
Python中的所有內容都是一個物件。所以我們可以使用內建的**id（）**方法來檢查物件的記憶體位置。這被稱為物件的標識。讓我們建立一個列表並確定列表及其元素的位置：
如你所見，列表及其元素在記憶體中都有不同的位置。因為我們知道列表是可變的，所以我們可以改變其元素的值。讓我們這樣做，看看它如何影響：
列表的位置沒有改變，但元素的位置改變了。這意味著為元素建立了一個新物件並儲存在列表中。這就是可變的意思。可變物件可以在建立後更改其狀態或內容，但不可變物件不能這樣做。
但是我們可以呼叫元組偽不可變，因為即使它們是不可變的，它們也可以包含其值可以修改的可變物件！
從上面的示例中可以看到，我們能夠更改元組中包含的不可變物件list的值。
元組賦值
元組打包和解包是一些有用的操作，你可以執行這些操作來將值賦給單行中另一個元組。
當我們製造元組時，我們已經看到了元組的打包。元組解包與打包相反。
它對於在一行中交換值非常有用。老實說，這是讓我對Python感到興奮的第一件事，能夠用這麼少的程式碼做這麼多事情！
更改元組值
雖然我說過元組值不能更改，但實際上可以透過使用list（）將其轉換為列表來對其進行更改。完成更改後，可以再次使用tuple（）將其轉換回元組。
然而，這種更改非常昂貴，因為它需要複製元組。但是，當你不希望其他人更改資料結構的內容時，元組就派上了用場。
資料結構3:Python中的字典
Dictionary是另一種Python資料結構，用於儲存不可變但無序的異構物件。這意味著當你試圖訪問這些元素時，它們的順序可能與你插入它們的順序不完全相同。
但是，使詞典與列表區別開來的是元素在其中的儲存方式。字典中的元素是透過它們的鍵值而不是它們的索引來訪問的，正如我們在列表中所做的那樣。所以字典包含鍵值對，而不僅僅是單個元素。
生成詞典
字典是透過{}括號內寫入鍵和值生成的。每個鍵值對用逗號分隔：
使用鍵，我們可以輕鬆提取關聯值：
這些鍵是獨一無二的。但是，即使字典中有多個項具有相同的鍵，項的值為最後一個鍵關聯的值：
字典對於快速訪問項非常有用，因為與列表和元組不同，字典不必遍歷所有找到值的項。字典使用雜湊提高效能。
訪問鍵和值
你可以使用
「keys()」
方法從字典訪問鍵，使用**values（）
「方法訪問值。我們可以使用for迴圈檢視它們，也可以使用」
list（）**將它們轉換為列表：
我們甚至可以使用**items（）**方法同時訪問這些值，該方法返回字典中每個元素的相應鍵值對。
資料結構4：Python中的集合
有時不希望在列表或元組中多次出現同一個元素。在這裡，你可以使用
「集合」
資料結構。Set是一個無序但可變的元素集合，它只包含唯一的值。
你將看到這些值的順序與在集合中輸入的順序不同。這是因為集合是無序的。
從集合中新增和移除元素
要向集合中新增值，請使用**add（）**方法。它允許你新增除可變物件以外的任何值：
要從集合中移除值，有兩個選項可供選擇：
第一個是**remove（）**方法，如果元素不在集合中，它會給出一個錯誤
第二個是
「discard()」
方法，它刪除元素，但當元素不在集合中時不會出錯
如果該值不存在，
「remove()「將給出一個錯誤，而」discard()」
則不會。
集合操作
使用Python集，你可以執行兩個集之間的並集、交集和差集等操作，就像在數學中一樣。
兩個集合的並集給出兩個集合的值。但這些值是獨一無二的。因此，如果兩個集合包含相同的值，則只返回一個副本：
兩個集合的交集只返回兩個集合共有的值：
一個集合與另一個集合的差集只給出第一個集合中不存在的值：
結尾
Python是一種漂亮的語言。它為你提供了許多選項來更有效地處理資料。學習Python中的資料結構是你學習過程中的一個關鍵。
下載1：OpenCV-Contrib擴充套件模組中文版教程
下載2：Python視覺實戰專案52講
下載3：OpenCV實戰專案20講
