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## 第12课：常用数据结构之字典

迄今为止，我们已经为大家介绍了Python中的三种容器型数据类型，但是这些数据类型仍然不足以帮助我们解决所有的问题。例如，我们要保存一个人的信息，包括姓名、年龄、体重、单位地址、家庭住址、本人手机号、紧急联系人手机号等信息，你会发现我们之前学过的列表、元组和集合都不是最理想的选择。

```Python
person1 = ['王大锤', 55, 60, '科华北路62号', '中同仁路8号', '13122334455', '13800998877']
person2 = ('王大锤', 55, 60, '科华北路62号', '中同仁路8号', '13122334455', '13800998877')
person3 = {'王大锤', 55, 60, '科华北路62号', '中同仁路8号', '13122334455', '13800998877'}
```

集合肯定是最不合适的，因为集合有去重特性，如果一个人的年龄和体重相同，那么集合中就会少一项信息；同理，如果这个人的家庭住址和单位地址是相同的，那么集合中又会少一项信息。另一方面，虽然列表和元组可以把一个人的所有信息都保存下来，但是当你想要获取这个人的手机号时，你得先知道他的手机号是列表或元组中的第6个还是第7个元素；当你想获取一个人的家庭住址时，你还得知道家庭住址是列表或元组中的第几项。总之，在遇到上述的场景时，列表、元组、字典都不是最合适的选择，我们还需字典（dictionary）类型，这种数据类型最适合把相关联的信息组装到一起，并且可以帮助我们解决程序中为真实事物建模的问题。

说到字典这个词，大家一定不陌生，读小学的时候每个人基本上都有一本《新华字典》，如下图所示。

![dictionary](https://github.com/jackfrued/mypic/raw/master/20210820204829.jpg)

Python程序中的字典跟现实生活中的字典很像，它以键值对（键和值的组合）的方式把数据组织到一起，我们可以通过键找到与之对应的值并进行操作。就像《新华字典》中，每个字（键）都有与它对应的解释（值）一样，每个字和它的解释合在一起就是字典中的一个条目，而字典中通常包含了很多个这样的条目。

### 创建和使用字典

在Python中创建字典可以使用`{}`字面量语法，这一点跟上一节课讲的集合是一样的。但是字典的`{}`中的元素是以键值对的形式存在的，每个元素由`:`分隔的两个值构成，`:`前面是键，`:`后面是值，代码如下所示。

```Python
xinhua = {
    '麓': '山脚下',
    '路': '道，往来通行的地方；方面，地区：南～货，外～货；种类：他俩是一～人',
    '蕗': '甘草的别名',
    '潞': '潞水，水名，即今山西省的浊漳河；潞江，水名，即云南省的怒江'
}
print(xinhua)
person = {
    'name': '王大锤', 'age': 55, 'weight': 60, 'office': '科华北路62号',
    'home': '中同仁路8号', 'tel': '13122334455', 'econtact': '13800998877'
}
print(person)
```

通过上面的代码，相信大家已经看出来了，用字典来保存一个人的信息远远优于使用列表或元组，因为我们可以用`:`前面的键来表示条目的含义，而`:`后面就是这个条目所对应的值。

当然，如果愿意，我们也可以使用内置函数`dict`或者是字典的生成式语法来创建字典，代码如下所示。

```Python
# dict函数(构造器)中的每一组参数就是字典中的一组键值对
person = dict(name='王大锤', age=55, weight=60, home='中同仁路8号')
print(person)    # {'name': '王大锤', 'age': 55, 'weight': 60, 'home': '中同仁路8号'}

# 可以通过Python内置函数zip压缩两个序列并创建字典
items1 = dict(zip('ABCDE', '12345'))
print(items1)    # {'A': '1', 'B': '2', 'C': '3', 'D': '4', 'E': '5'}
items2 = dict(zip('ABCDE', range(1, 10)))
print(items2)    # {'A': 1, 'B': 2, 'C': 3, 'D': 4, 'E': 5}

# 用字典生成式语法创建字典
items3 = {x: x ** 3 for x in range(1, 6)}
print(items3)     # {1: 1, 2: 8, 3: 27, 4: 64, 5: 125}
```

想知道字典中一共有多少组键值对，仍然是使用`len`函数；如果想对字典进行遍历，可以用`for`循环，但是需要注意，`for`循环只是对字典的键进行了遍历，不过没关系，在讲完字典的运算后，我们可以通过字典的键获取到和这个键对应的值。

```Python
person = {'name': '王大锤', 'age': 55, 'weight': 60, 'office': '科华北路62号'}
print(len(person))    # 4
for key in person:
    print(key)
```

### 字典的运算

对于字典类型来说，成员运算和索引运算肯定是最为重要的，前者可以判定指定的键在不在字典中，后者可以通过键获取对应的值或者向字典中加入新的键值对。值得注意的是，字典的索引不同于列表的索引，列表中的元素因为有属于自己有序号，所以列表的索引是一个整数；字典中因为保存的是键值对，所以字典的索引是键值对中的键，通过索引操作可以修改原来的值或者向字典中存入新的键值对。需要**特别提醒**大家注意的是，**字典中的键必须是不可变类型**，例如整数（`int`）、浮点数（`float`）、字符串（`str`）、元组（`tuple`）等类型的值；显然，列表（`list`）和集合（`set`）是不能作为字典中的键的，当然字典类型本身也不能再作为字典中的键，因为字典也是可变类型，但是字典可以作为字典中的值。关于可变类型不能作为字典中的键的原因，我们在后面的课程中再为大家详细说明。这里，我们先看看下面的代码，了解一下字典的成员运算和索引运算。

```Python
person = {'name': '王大锤', 'age': 55, 'weight': 60, 'office': '科华北路62号'}
# 检查name和tel两个键在不在person字典中
print('name' in person, 'tel' in person)    # True False
# 通过age修将person字典中对应的值修改为25
if 'age' in person:
    person['age'] = 25
# 通过索引操作向person字典中存入新的键值对
person['tel'] = '13122334455'
person['signature'] = '你的男朋友是一个盖世垃圾，他会踏着五彩祥云去迎娶你的闺蜜'
print('name' in person, 'tel' in person)    # True True
# 检查person字典中键值对的数量
print(len(person))    # 6
# 对字典的键进行循环并通索引运算获取键对应的值
for key in person:
    print(f'{key}: {person[key]}')
```

 需要注意，在通过索引运算获取字典中的值时，如指定的键没有在字典中，将会引发`KeyError`异常。

### 字典的方法

字典类型的方法基本上都跟字典的键值对操作相关，可以通过下面的例子来了解这些方法的使用。例如，我们要用一个字典来保存学生的信息，我们可以使用学生的学号作为字典中的键，通过学号做索引运算就可以得到对应的学生；我们可以把字典的值也做成一个字典，这样就可以用多组键值对分别存储学生的姓名、性别、年龄、籍贯等信息，代码如下所示。

```Python
# 字典中的值又是一个字典(嵌套的字典)
students = {
    1001: {'name': '狄仁杰', 'sex': True, 'age': 22, 'place': '山西大同'},
    1002: {'name': '白元芳', 'sex': True, 'age': 23, 'place': '河北保定'},
    1003: {'name': '武则天', 'sex': False, 'age': 20, 'place': '四川广元'}
}

# 使用get方法通过键获取对应的值，如果取不到不会引发KeyError异常而是返回None或设定的默认值
print(students.get(1002))    # {'name': '白元芳', 'sex': True, 'age': 23, 'place': '河北保定'}
print(students.get(1005))    # None
print(students.get(1005, {'name': '无名氏'}))    # {'name': '无名氏'}

# 获取字典中所有的键
print(students.keys())      # dict_keys([1001, 1002, 1003])
# 获取字典中所有的值
print(students.values())    # dict_values([{...}, {...}, {...}])
# 获取字典中所有的键值对
print(students.items())     # dict_items([(1001, {...}), (1002, {....}), (1003, {...})])
# 对字典中所有的键值对进行循环遍历
for key, value in students.items():
    print(key, '--->', value)

# 使用pop方法通过键删除对应的键值对并返回该值
stu1 = students.pop(1002)
print(stu1)             # {'name': '白元芳', 'sex': True, 'age': 23, 'place': '河北保定'}
print(len(students))    # 2
# stu2 = students.pop(1005)    # KeyError: 1005
stu2 = students.pop(1005, {})
print(stu2)             # {}

# 使用popitem方法删除字典中最后一组键值对并返回对应的二元组
# 如果字典中没有元素，调用该方法将引发KeyError异常
key, value = students.popitem()
print(key, value)    # 1003 {'name': '武则天', 'sex': False, 'age': 20, 'place': '四川广元'}

# 如果这个键在字典中存在，setdefault返回原来与这个键对应的值
# 如果这个键在字典中不存在，向字典中添加键值对，返回第二个参数的值，默认为None
result = students.setdefault(1005, {'name': '方启鹤', 'sex': True})
print(result)        # {'name': '方启鹤', 'sex': True}
print(students)      # {1001: {...}, 1005: {...}}

# 使用update更新字典元素，相同的键会用新值覆盖掉旧值，不同的键会添加到字典中
others = {
    1005: {'name': '乔峰', 'sex': True, 'age': 32, 'place': '北京大兴'},
    1010: {'name': '王语嫣', 'sex': False, 'age': 19},
    1008: {'name': '钟灵', 'sex': False}
}
students.update(others)
print(students)      # {1001: {...}, 1005: {...}, 1010: {...}, 1008: {...}}
```

跟列表一样，从字典中删除元素也可以使用`del`关键字，在删除元素的时候如果指定的键索引不到对应的值，一样会引发`KeyError`异常，具体的做法如下所示。

```Python
person = {'name': '王大锤', 'age': 25, 'sex': True}
del person['age']
print(person)    # {'name': '王大锤', 'sex': True}
```

### 字典的应用

我们通过几个简单的例子来讲解字典的应用。

**例子1**：输入一段话，统计每个英文字母出现的次数。

```Python
sentence = input('请输入一段话: ')
counter = {}
for ch in sentence:
    if 'A' <= ch <= 'Z' or 'a' <= ch <= 'z':
        counter[ch] = counter.get(ch, 0) + 1
for key, value in counter.items():
    print(f'字母{key}出现了{value}次.')
```

**例子2**：在一个字典中保存了股票的代码和价格，找出股价大于100元的股票并创建一个新的字典。

> **说明**：可以用字典的生成式语法来创建这个新字典。

```Python
stocks = {
    'AAPL': 191.88,
    'GOOG': 1186.96,
    'IBM': 149.24,
    'ORCL': 48.44,
    'ACN': 166.89,
    'FB': 208.09,
    'SYMC': 21.29
}
stocks2 = {key: value for key, value in stocks.items() if value > 100}
print(stocks2)
```

### 简单的总结

Python程序中的字典跟现实生活中字典非常像，允许我们**以键值对的形式保存数据**，再**通过键索引对应的值**。这是一种非常**有利于数据检索**的数据类型，底层原理我们在后续的课程中为大家讲解。再次提醒大家注意，**字典中的键必须是不可变类型**，字典中的值可以是任意类型。