Cấu trúc dữ liệu là container tổ chức và nhóm dữ liệu lại với nhau theo nhiều cách khác nhau. Python có một số cấu trúc dữ liệu tích hợp sẵn mà bạn sẽ sử dụng thường xuyên trong các chương trình của mình. Trong phần này, chúng ta sẽ khám phá danh sách, bộ dữ liệu, từ điển và bộ.
Danh sách
Danh sách được sắp xếp theo thứ tự, tập hợp các mục có thể thay đổi (có thể thay đổi). Chúng có thể chứa các loại vật phẩm khác nhau.
Tạo danh sách
# Empty list
empty_list = []
also_empty = list()
# List with items
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]
# List using the list() constructor
chars = list("hello") # ['h', 'e', 'l', 'l', 'o']
Truy cập các mục danh sách
fruits = ["apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry"]
# Indexing (zero-based)
print(fruits[0]) # "apple"
print(fruits[2]) # "cherry"
# Negative indexing (counts from the end)
print(fruits[-1]) # "elderberry" (last item)
print(fruits[-2]) # "date" (second-to-last item)
# Slicing [start:end:step]
print(fruits[1:4]) # ["banana", "cherry", "date"] (end index not included)
print(fruits[:3]) # ["apple", "banana", "cherry"] (from start to index 2)
print(fruits[2:]) # ["cherry", "date", "elderberry"] (from index 2 to end)
print(fruits[::2]) # ["apple", "cherry", "elderberry"] (every second item)
print(fruits[::-1]) # ["elderberry", "date", "cherry", "banana", "apple"] (reversed)
Sửa đổi danh sách
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
# Change an item
fruits[1] = "blueberry"
print(fruits) # ["apple", "blueberry", "cherry"]
# Add items
fruits.append("date") # Add to the end
print(fruits) # ["apple", "blueberry", "cherry", "date"]
fruits.insert(1, "apricot") # Insert at position
print(fruits) # ["apple", "apricot", "blueberry", "cherry", "date"]
fruits.extend(["elderberry", "fig"]) # Add multiple items
print(fruits) # ["apple", "apricot", "blueberry", "cherry", "date", "elderberry", "fig"]
# Remove items
fruits.remove("blueberry") # Remove by value (first occurrence)
print(fruits) # ["apple", "apricot", "cherry", "date", "elderberry", "fig"]
popped = fruits.pop() # Remove and return the last item
print(popped) # "fig"
print(fruits) # ["apple", "apricot", "cherry", "date", "elderberry"]
popped_index = fruits.pop(1) # Remove and return item at index
print(popped_index) # "apricot"
print(fruits) # ["apple", "cherry", "date", "elderberry"]
del fruits[0] # Delete item at index
print(fruits) # ["cherry", "date", "elderberry"]
# fruits.clear() # Remove all items
# del fruits # Delete the list entirely
Liệt kê các phương thức
fruits = ["banana", "apple", "cherry", "apple", "date"]
# Sorting
fruits.sort() # Sort in place
print(fruits) # ["apple", "apple", "banana", "cherry", "date"]
fruits.sort(reverse=True) # Sort in descending order
print(fruits) # ["date", "cherry", "banana", "apple", "apple"]
# Creating a new sorted list (original list unchanged)
numbers = [3, 1, 4, 1, 5, 9]
sorted_numbers = sorted(numbers)
print(sorted_numbers) # [1, 1, 3, 4, 5, 9]
print(numbers) # [3, 1, 4, 1, 5, 9] (unchanged)
# Reversing
fruits.reverse() # Reverse in place
print(fruits) # ["apple", "apple", "banana", "cherry", "date"]
# Counting
count = fruits.count("apple")
print(count) # 2
# Finding index
index = fruits.index("banana")
print(index) # 2 (index of the first occurrence)
# Copy a list
fruits_copy = fruits.copy() # or list(fruits) or fruits[:]
Danh sách hiểu
Việc hiểu danh sách cung cấp một cách ngắn gọn để tạo danh sách:
# Instead of:
squares = []
for i in range(1, 6):
squares.append(i ** 2)
print(squares) # [1, 4, 9, 16, 25]
# You can write:
squares = [i ** 2 for i in range(1, 6)]
print(squares) # [1, 4, 9, 16, 25]
# With a condition
even_squares = [i ** 2 for i in range(1, 11) if i % 2 == 0]
print(even_squares) # [4, 16, 36, 64, 100]
# With multiple conditions
numbers = [i for i in range(1, 21) if i % 2 == 0 if i % 3 == 0]
print(numbers) # [6, 12, 18]
# With if-else
values = [i if i % 2 == 0 else i * 10 for i in range(1, 6)]
print(values) # [10, 2, 30, 4, 50]
Bộ dữ liệu
Các bộ dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự, các bộ sưu tập vật phẩm không thể thay đổi (không thể thay đổi). Chúng tương tự như danh sách nhưng không thể sửa đổi sau khi tạo.
Tạo bộ dữ liệu
# Empty tuple
empty_tuple = ()
also_empty = tuple()
# Tuple with items
numbers = (1, 2, 3, 4, 5)
mixed = (1, "hello", 3.14, True)
# Single-item tuple (note the trailing comma)
single_item = (42,) # Without the comma, Python treats (42) as a simple integer
# Tuple packing
coordinates = 3, 4 # Creates a tuple (3, 4)
# Tuple unpacking
x, y = coordinates # x = 3, y = 4
Truy cập các mục Tuple
Các bộ dữ liệu sử dụng cách lập chỉ mục và cắt lát giống như danh sách:
fruits = ("apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry")
print(fruits[0]) # "apple"
print(fruits[-1]) # "elderberry"
print(fruits[1:4]) # ("banana", "cherry", "date")
print(fruits[::-1]) # ("elderberry", "date", "cherry", "banana", "apple")
Phương thức tuple
Bộ dữ liệu có ít phương thức hơn danh sách vì chúng không thay đổi được:
fruits = ("apple", "banana", "cherry", "apple", "date")
# Count occurrences
count = fruits.count("apple")
print(count) # 2
# Find index
index = fruits.index("cherry")
print(index) # 2
Tại sao nên sử dụng Tuple?
- Bộ dữ liệu nhanh hơn danh sách
- Họ bảo vệ dữ liệu không nên thay đổi
- Chúng có thể được sử dụng làm khóa từ điển (danh sách thì không)
- Chúng được sử dụng cho nhiều giá trị trả về từ hàm
# Function returning multiple values as a tuple
def get_dimensions():
return 1920, 1080 # Returns a tuple (1920, 1080)
# Tuple unpacking
width, height = get_dimensions()
print(f"Width: {width}, Height: {height}")
Từ điển
Từ điển là tập hợp các cặp khóa-giá trị không có thứ tự. Chúng được tối ưu hóa để truy xuất dữ liệu khi bạn biết khóa.
Tạo từ điển
# Empty dictionary
empty_dict = {}
also_empty = dict()
# Dictionary with items
person = {
"name": "Alice",
"age": 30,
"city": "New York"
}
# Using dict() constructor
person = dict(name="Alice", age=30, city="New York")
# Different types of keys and values
mixed = {
"name": "Bob",
42: "The answer",
(1, 2): "Tuple key",
True: "Boolean key"
}
Truy cập các mục từ điển
person = {
"name": "Alice",
"age": 30,
"city": "New York"
}
# Using the key
print(person["name"]) # "Alice"
# Using get() method (safer, doesn't raise an error for missing keys)
print(person.get("age")) # 30
print(person.get("country")) # None
print(person.get("country", "Unknown")) # "Unknown" (default value)
Sửa đổi từ điển
person = {
"name": "Alice",
"age": 30,
"city": "New York"
}
# Add or change items
person["email"] = "alice@example.com" # Add new item
person["age"] = 31 # Change existing item
# Update multiple items
person.update({"age": 32, "country": "USA", "email": "alice.new@example.com"})
print(person)
# Remove items
removed_value = person.pop("city") # Remove and return the value
print(removed_value) # "New York"
removed_item = person.popitem() # Remove and return the last item as (key, value)
print(removed_item) # ("email", "alice.new@example.com")
del person["age"] # Delete an item
# person.clear() # Remove all items
# del person # Delete the dictionary entirely
Phương pháp từ điển
person = {
"name": "Alice",
"age": 30,
"city": "New York"
}
# Get all keys
keys = person.keys()
print(keys) # dict_keys(['name', 'age', 'city'])
# Get all values
values = person.values()
print(values) # dict_values(['Alice', 30, 'New York'])
# Get all key-value pairs as tuples
items = person.items()
print(items) # dict_items([('name', 'Alice'), ('age', 30), ('city', 'New York')])
# Copy a dictionary
person_copy = person.copy() # or dict(person)
Hiểu từ điển
Tương tự như việc hiểu danh sách, nhưng để tạo từ điển:
# Create a dictionary of squares
squares = {i: i ** 2 for i in range(1, 6)}
print(squares) # {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}
# With conditions
even_squares = {i: i ** 2 for i in range(1, 11) if i % 2 == 0}
print(even_squares) # {2: 4, 4: 16, 6: 36, 8: 64, 10: 100}
# Convert list of tuples to dictionary
pairs = [("a", 1), ("b", 2), ("c", 3)]
pair_dict = {key: value for key, value in pairs}
print(pair_dict) # {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
Bộ
Bộ là bộ sưu tập không có thứ tự của các mặt hàng độc đáo. Chúng hữu ích trong việc loại bỏ các bản sao và thử nghiệm tư cách thành viên.
Tạo bộ
# Empty set (note: {} creates an empty dictionary, not a set)
empty_set = set()
# Set with items
fruits = {"apple", "banana", "cherry"}
# Set from an iterable
letters = set("hello") # Creates {'h', 'e', 'l', 'o'} (duplicates removed)
Đặt hoạt động
# Add items
fruits = {"apple", "banana", "cherry"}
fruits.add("date")
print(fruits) # {'apple', 'banana', 'cherry', 'date'}
# Remove items
fruits.remove("banana") # Raises an error if the item doesn't exist
print(fruits) # {'apple', 'cherry', 'date'}
fruits.discard("elderberry") # No error if the item doesn't exist
popped = fruits.pop() # Remove and return an arbitrary element
print(popped) # Could be any of the remaining items
# fruits.clear() # Remove all items
Các phép toán tập hợp
a = {1, 2, 3, 4, 5}
b = {4, 5, 6, 7, 8}
# Union (all items from both sets)
print(a | b) # {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}
print(a.union(b)) # Same as above
# Intersection (items that are in both sets)
print(a & b) # {4, 5}
print(a.intersection(b)) # Same as above
# Difference (items in a but not in b)
print(a - b) # {1, 2, 3}
print(a.difference(b)) # Same as above
# Symmetric difference (items in either set but not in both)
print(a ^ b) # {1, 2, 3, 6, 7, 8}
print(a.symmetric_difference(b)) # Same as above
# Subset and superset tests
c = {1, 2}
print(c.issubset(a)) # True (all items in c are also in a)
print(a.issuperset(c)) # True (a contains all items in c)
Đặt mức độ hiểu
# Create a set of squares
squares = {i ** 2 for i in range(1, 6)}
print(squares) # {1, 4, 9, 16, 25}
# With conditions
even_squares = {i ** 2 for i in range(1, 11) if i % 2 == 0}
print(even_squares) # {4, 16, 36, 64, 100}
Ví dụ thực tế: Hệ thống quản lý liên hệ
Hãy xây dựng một hệ thống quản lý liên hệ đơn giản thể hiện việc sử dụng các cấu trúc dữ liệu này:
def display_menu():
"""Display the menu options."""
print("\nContact Management System")
print("-------------------------")
print("1. Add a contact")
print("2. View all contacts")
print("3. Search for a contact")
print("4. Update a contact")
print("5. Delete a contact")
print("6. Exit")
def add_contact(contacts):
"""Add a new contact to the contacts list."""
name = input("Enter name: ")
# Check if contact already exists
if any(contact['name'].lower() == name.lower() for contact in contacts):
print(f"A contact with the name '{name}' already exists.")
return
phone = input("Enter phone number: ")
email = input("Enter email (optional): ")
# Create a new contact dictionary
contact = {
"name": name,
"phone": phone,
"email": email if email else "N/A"
}
contacts.append(contact)
print(f"Contact '{name}' added successfully.")
def view_contacts(contacts):
"""Display all contacts."""
if not contacts:
print("No contacts found.")
return
print("\nAll Contacts:")
print("------------")
for i, contact in enumerate(contacts, 1):
print(f"{i}. Name: {contact['name']}")
print(f" Phone: {contact['phone']}")
print(f" Email: {contact['email']}")
print()
def search_contact(contacts):
"""Search for a contact by name."""
if not contacts:
print("No contacts found.")
return
search_term = input("Enter name to search: ").lower()
# Use list comprehension to find matching contacts
found_contacts = [contact for contact in contacts
if search_term in contact['name'].lower()]
if found_contacts:
print("\nFound Contacts:")
print("--------------")
for i, contact in enumerate(found_contacts, 1):
print(f"{i}. Name: {contact['name']}")
print(f" Phone: {contact['phone']}")
print(f" Email: {contact['email']}")
print()
else:
print(f"No contacts found containing '{search_term}'.")
def update_contact(contacts):
"""Update an existing contact."""
if not contacts:
print("No contacts found.")
return
name = input("Enter name of contact to update: ")
# Find the contact by name
for contact in contacts:
if contact['name'].lower() == name.lower():
print(f"Updating contact '{name}'")
print("Leave field empty to keep current value.")
# Get new values, or keep old ones if empty
new_phone = input(f"Enter new phone number [{contact['phone']}]: ")
new_email = input(f"Enter new email [{contact['email']}]: ")
# Update the contact
contact['phone'] = new_phone if new_phone else contact['phone']
contact['email'] = new_email if new_email else contact['email']
print(f"Contact '{name}' updated successfully.")
return
print(f"No contact found with the name '{name}'.")
def delete_contact(contacts):
"""Delete a contact by name."""
if not contacts:
print("No contacts found.")
return
name = input("Enter name of contact to delete: ")
# Find the contact by name
for i, contact in enumerate(contacts):
if contact['name'].lower() == name.lower():
# Confirm deletion
confirm = input(f"Are you sure you want to delete '{name}'? (y/n): ")
if confirm.lower() == 'y':
del contacts[i]
print(f"Contact '{name}' deleted successfully.")
else:
print("Deletion cancelled.")
return
print(f"No contact found with the name '{name}'.")
def main():
# Initialize contacts list
contacts = []
while True:
display_menu()
choice = input("\nEnter your choice (1-6): ")
if choice == '1':
add_contact(contacts)
elif choice == '2':
view_contacts(contacts)
elif choice == '3':
search_contact(contacts)
elif choice == '4':
update_contact(contacts)
elif choice == '5':
delete_contact(contacts)
elif choice == '6':
print("Thank you for using the Contact Management System. Goodbye!")
break
else:
print("Invalid choice. Please enter a number between 1 and 6.")
if __name__ == "__main__":
main()
Lưu cái này dưới dạng contact_manager.py và chạy nó. Ví dụ này chứng minh:
- Danh sách lưu trữ nhiều mục (danh sách liên lạc)
- Từ điển cho dữ liệu có cấu trúc (mỗi liên hệ là một từ điển)
- hàm cho tính mô-đun
- Liệt kê các cách hiểu để tìm kiếm
- Câu lệnh và vòng lặp có điều kiện cho luồng điều khiển
Các bước tiếp theo
Cấu trúc dữ liệu rất cần thiết cho việc tổ chức và thao tác dữ liệu trong chương trình của bạn. Bây giờ bạn đã hiểu cấu trúc dữ liệu tích hợp của Python, bạn đã sẵn sàng khám phá cách mở rộng chức năng của Python bằng cách sử dụng các mô-đun và gói.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu cách nhập và sử dụng các mô-đun từ thư viện chuẩn của Python cũng như tạo các mô-đun của riêng mình để làm cho mã của chúng ta có tổ chức hơn và có thể tái sử dụng được.
Chúc mừng mã hóa!