Python 字典(Dictionary)

Python 字典(Dictionary) 全面指南

字典(Dictionary)是Python中最强大的内置数据结构之一，它是可变、无序的键值对集合，用花括号{}表示。

1. 字典创建

# 空字典
empty_dict = {}
empty_dict = dict()

# 包含键值对的字典
person = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'New York'}
grades = {'math': 90, 'science': 85, 'history': 88}

# 使用dict()构造函数
person = dict(name='Bob', age=30)  # {'name': 'Bob', 'age': 30}
pairs = [('a', 1), ('b', 2)]
from_pairs = dict(pairs)  # {'a': 1, 'b': 2}

# 字典推导式
squares = {x: x**2 for x in range(5)}  # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

2. 字典基本操作

访问元素

person = {'name': 'Alice', 'age': 25}

# 使用键访问
print(person['name'])  # 'Alice'

# 使用get()方法（避免KeyError）
print(person.get('age'))      # 25
print(person.get('height'))   # None
print(person.get('height', 170))  # 170 (默认值)

添加/修改元素

person = {'name': 'Alice'}

# 添加/修改
person['age'] = 25            # 添加新键值对
person['name'] = 'Bob'        # 修改已有键的值

# 使用update()合并字典
person.update({'city': 'NY', 'age': 26})  # 更新多个键值对

删除元素

person = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'NY'}

del person['age']            # 删除指定键
removed = person.pop('city') # 删除并返回'city'的值
person.clear()               # 清空字典

3. 字典常用方法

获取键、值、键值对

person = {'name': 'Alice', 'age': 25}

keys = person.keys()      # dict_keys(['name', 'age'])
values = person.values()  # dict_values(['Alice', 25])
items = person.items()    # dict_items([('name', 'Alice'), ('age', 25)])

# 转换为列表
list_keys = list(keys)    # ['name', 'age']

检查键是否存在

person = {'name': 'Alice'}

print('name' in person)    # True
print('age' not in person) # True

其他实用方法

# setdefault(): 键不存在时设置默认值
person.setdefault('age', 30)  # 返回25(已存在)或设置30(不存在)

# popitem(): 移除并返回最后插入的键值对
key, value = person.popitem()

# copy(): 浅拷贝
person_copy = person.copy()

4. 字典特性

键的限制

键必须是不可变类型（字符串、数字、元组等）
键不可重复（重复赋值会覆盖）
值可以是任意类型

valid_keys = {
    'string': 1,
    123: 2,
    (1, 2): 3,
    # [1, 2]: 4  # TypeError: 列表不能作为键
}

字典无序性

Python 3.7+ 中字典保持插入顺序，但不应依赖顺序进行编程。

5. 字典遍历

person = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'NY'}

# 遍历键
for key in person:
    print(key)

# 遍历键值对
for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

# 遍历值
for value in person.values():
    print(value)

6. 字典与JSON

import json

# 字典转JSON字符串
person = {'name': 'Alice', 'age': 25}
json_str = json.dumps(person)  # '{"name": "Alice", "age": 25}'

# JSON字符串转字典
person_dict = json.loads(json_str)  # {'name': 'Alice', 'age': 25}

7. 字典高级用法

默认字典(collections.defaultdict)

from collections import defaultdict

# 默认值为0的字典
word_counts = defaultdict(int)
for word in ['a', 'b', 'a']:
    word_counts[word] += 1  # 自动处理不存在的键

print(word_counts)  # defaultdict(<class 'int'>, {'a': 2, 'b': 1})

有序字典(collections.OrderedDict)

from collections import OrderedDict

# 保持插入顺序的字典(在Python 3.7+中普通字典也保持顺序)
od = OrderedDict()
od['a'] = 1
od['b'] = 2

计数器(collections.Counter)

from collections import Counter

words = ['a', 'b', 'a', 'c', 'b', 'a']
word_counts = Counter(words)
print(word_counts)  # Counter({'a': 3, 'b': 2, 'c': 1})

8. 字典合并(Python 3.9+)

dict1 = {'a': 1, 'b': 2}
dict2 = {'b': 3, 'c': 4}

# 合并字典(后者的值优先)
merged = dict1 | dict2  # {'a': 1, 'b': 3, 'c': 4}

# 原地合并
dict1 |= dict2  # dict1变为{'a': 1, 'b': 3, 'c': 4}

9. 字典推导式

# 创建字典
squares = {x: x**2 for x in range(5)}  # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

# 条件筛选
even_squares = {x: x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0}

# 键值转换
original = {'a': 1, 'b': 2}
swapped = {v: k for k, v in original.items()}  # {1: 'a', 2: 'b'}

10. 实际应用示例

统计词频

text = "this is a simple text this is a text"
words = text.split()

word_count = {}
for word in words:
    word_count[word] = word_count.get(word, 0) + 1

print(word_count)  # {'this': 2, 'is': 2, 'a': 2, 'simple': 1, 'text': 2}

缓存实现

def memoize(func):
    cache = {}
    
    def wrapper(*args):
        if args not in cache:
            cache[args] = func(*args)
        return cache[args]
    
    return wrapper

@memoize
def fibonacci(n):
    if n < 2:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

配置管理

config = {
    'database': {
        'host': 'localhost',
        'port': 5432,
        'user': 'admin',
        'password': 'secret'
    },
    'logging': {
        'level': 'DEBUG',
        'file': 'app.log'
    }
}

print(config['database']['host'])  # 'localhost'

11. 常见错误

访问不存在的键

d = {'a': 1}
# print(d['b'])  # KeyError
print(d.get('b'))  # 安全方式

使用可变对象作为键
```
# d = {[1, 2]: 'value'}  # TypeError
```

误解字典顺序

# 不要依赖字典顺序(Python 3.6之前)

浅拷贝问题

d1 = {'a': [1, 2]}
d2 = d1.copy()
d2['a'].append(3)
print(d1)  # {'a': [1, 2, 3]} (原字典也被修改)

总结

Python字典是功能强大的键值对数据结构，具有以下特点：

快速查找：基于哈希表实现，查找速度快
灵活性：键值对可以存储各种数据类型
动态性：可以随时添加、修改和删除键值对
丰富的内置方法：提供多种便捷的操作方式

字典在Python编程中应用广泛，特别适合需要快速查找和关联数据的场景。掌握字典的高级用法可以显著提高代码效率和可读性。