7.1.9 容器、序列、映射和集合类型

在Python的广阔世界中，数据结构是构建程序大厦的基石。理解并熟练运用不同类型的容器是提升编程能力的重要一步。Python提供了丰富的内置容器类型，其中最基本且常用的包括序列（如列表、元组）、映射（字典）和集合（集合与有序集合）。这些容器类型各有特色，适用于不同的场景，掌握它们将极大地丰富你的编程工具箱。

7.1.9.1 容器类型概述

容器是Python中用于存储多个项目（如数字、字符串或其他容器）的数据结构。容器类型的主要特点是它们可以包含多个元素，并且这些元素可以通过某种方式进行访问。Python中的容器类型主要分为三大类：序列、映射和集合。

• 序列：序列是一种有序的数据集合，可以包含不同类型的元素。序列中的每个元素都有一个位置，可以通过索引（位置编号）进行访问。Python中的序列类型包括列表（list）、元组（tuple）、字符串（str）等。
• 映射：映射是一种无序的键值对集合，每个键都映射到一个唯一的值。映射中的元素通过键来访问，而不是通过位置。Python中的映射类型主要是字典（dict）。
• 集合：集合是一个无序的、不包含重复元素的数据集合。集合主要用于数学上的集合操作，如并集、交集、差集等。Python中的集合类型有集合（set）和有序集合（OrderedDict在Python 3.7+的字典可视为有序集合的替代品，或使用collections.OrderedDict）。

7.1.9.2 序列类型

列表（List）

列表是Python中最常用的序列类型，它是一个可变的容器，支持存储任意类型的数据项。列表的创建非常简单，使用方括号[]包围元素，元素之间用逗号,分隔。

my_list = [1, 'a', 3.14, [1, 2, 3]]

列表支持多种操作，包括添加、删除、索引、切片等。

• 添加元素：使用append()方法在列表末尾添加元素，使用insert(index, value)在指定位置插入元素。
• 删除元素：使用remove(value)删除第一个匹配的元素，或使用pop([index])删除并返回指定位置的元素（默认为最后一个元素）。
• 索引与切片：通过索引访问元素（如my_list[0]），通过切片访问子列表（如my_list[1:3]）。

元组（Tuple）

元组与列表相似，但它是不可变的。一旦创建了元组，就不能更改其元素。元组使用圆括号()包围元素（虽然单个元素或空元组需要额外的逗号以区分）。

my_tuple = (1, 'a', 3.14)

元组常用于存储不应该被改变的数据，如函数的返回值或记录多个值时的数据结构。

7.1.9.3 映射类型：字典（Dict）

字典是Python中唯一的映射类型，它以键值对的形式存储数据。字典的键必须是不可变类型（如字符串、数字或元组），而值可以是任意类型。

my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 30, 'city': 'New York'}

字典支持通过键来访问值，支持添加、删除键值对，以及检查键是否存在等操作。

• 访问值：通过键访问值（如my_dict['name']）。
• 添加/修改键值对：通过赋值操作添加或修改键值对（如my_dict['job'] = 'Engineer'）。
• 删除键值对：使用del语句或pop()方法删除键值对（如del my_dict['age']或my_dict.pop('city')）。

7.1.9.4 集合类型

集合（Set）

集合是一个无序的、不包含重复元素的数据集合。它主要用于数学上的集合操作，如并集、交集、差集等。

my_set = {1, 2, 3, 4}

集合支持多种操作，如并集（|）、交集（&）、差集（-）、对称差集（^）等。

有序集合（使用OrderedDict或Python 3.7+的字典）

虽然Python标准库中没有直接称为“有序集合”的类型，但从Python 3.7开始，字典的插入顺序被保留，因此可以作为有序集合的替代品。另外，collections.OrderedDict也提供了有序字典的功能，适用于需要保持元素插入顺序的场景。

from collections import OrderedDict
my_ordered_dict = OrderedDict()
my_ordered_dict['a'] = 1
my_ordered_dict['b'] = 2
# 遍历将保持插入顺序
for key, value in my_ordered_dict.items():
    print(key, value)

7.1.9.5 容器类型的选择与应用

在实际编程中，选择适当的容器类型对于提高代码效率、可读性和可维护性至关重要。以下是一些选择容器类型的指导原则：

• 如果你需要存储一系列有序的元素，并且可能会频繁地添加、删除或修改元素，那么列表（List）是最佳选择。
• 如果你需要存储一系列元素，但这些元素在创建后不应被修改，那么元组（Tuple）是更好的选择。
• 如果你需要存储键值对，并且需要通过键快速访问值，那么字典（Dict）是不可或缺的。
• 如果你需要执行数学上的集合操作，如并集、交集等，那么集合（Set）或有序集合（OrderedDict或Python 3.7+的字典）将是你的首选。

理解并熟练掌握这些容器类型，将使你能够编写出更加高效、灵活和易于维护的Python代码。在本书的后续章节中，我们将进一步探索这些容器类型的高级用法和最佳实践，帮助你更深入地理解Python的数据结构。