No. 34 笔记 | Python知识架构与数据类型相关内容

在今天的Python学习中，我对Python的知识架构有了更深入的理解，同时也对Python的数据类型及其操作有了全面的认识和实践。

一、Python知识架构理解

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Python是一门功能强大且应用广泛的编程语言，其知识架构可以从多个层面来理解。

从整体结构上看，Python程序由模块组成，模块是组织代码的基本单位，它将相关的功能和代码封装在一起，便于管理和复用。模块中包含语句，语句是执行具体操作的指令，比如变量赋值、函数调用等。而语句又由表达式构成，表达式是产生值或结果的代码片段，例如数值运算、逻辑判断等。

从语言特性方面来说，Python具有简洁清晰的语法，使得代码易于编写和阅读。它支持多种编程范式，包括面向过程、面向对象和函数式编程，这使得开发者可以根据不同的需求和场景选择合适的编程方式。Python还拥有丰富的标准库和第三方库，涵盖了从文件操作、网络通信到数据分析、机器学习等众多领域，极大地提高了开发效率，降低了开发难度。

此外，Python的解释型特性使得代码可以在不同的平台上快速运行和调试，无需进行复杂的编译过程。其动态类型系统允许变量在运行时根据赋值的对象自动确定类型，这在一定程度上增加了代码的灵活性，但也需要开发者在编写代码时更加注意类型相关的问题，以避免潜在的错误。

二、Python的数据类型及操作

Python的数据类型丰富多样，每种类型都有其独特的特点和用途，以下是详细介绍及相关操作：

（一）数值类型

Python的数值类型主要包括整数（int）和浮点数（float）。

四则运算：
- 加法：例如3 + 5，结果为8。
- 减法：7 - 2，结果是5。
- 乘法：4 * 6，得到24。
- 除法：9 / 3，结果为3.0（在Python 3中，整数除法默认返回浮点数）。
- 取整除法：9 // 3，结果为3，只取商的整数部分。
- 取余运算：10 % 3，结果是1，即10除以3的余数。
- 幂运算：2 ** 3，表示2的3次方，结果为8。

（二）列表（List）

列表是Python中常用的有序集合，可以包含不同类型的元素，并且元素可以修改。

索引访问：
- 正向索引：从0开始，例如my_list = [10, 20, 30, 40]，my_list[0]获取到第一个元素10，my_list[2]获取到第三个元素30。
- 反向索引：从-1开始，my_list[-1]获取到最后一个元素40，my_list[-2]获取到倒数第二个元素30。

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高级语法操作：
- 切片：my_list[1:3]获取从索引1（包含）到索引3（不包含）的子列表，即[20, 30]。my_list[:3]表示从开头到索引3（不包含），结果为[10, 20, 30]，my_list[2:]表示从索引2（包含）到末尾，结果是[30, 40]。
- 列表推导式：例如[i ** 2 for i in range(5)]，会生成一个包含0到4的平方数的列表[0, 1, 4, 9, 16]。

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- 添加元素：`my_list.append(50)`，在列表末尾添加元素`50`。`my_list.insert(2, 25)`，在索引2的位置插入元素`25`。

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- 删除元素：`my_list.remove(30)`，删除列表中第一个值为`30`的元素。`del my_list[1]`，删除索引为1的元素。

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（三）元组（Tuple）

元组与列表类似，但元素不可修改，一旦创建，其内容就不能改变。

索引访问：
- 同样支持正向和反向索引，例如my_tuple = (100, 200, 300)，my_tuple[0]获取到100，my_tuple[-1]获取到300。
高级语法操作：
- 虽然元组本身不可变，但如果元组中的元素是可变类型（如列表），则可以修改该可变元素。例如my_tuple = (100, [200, 300], 400)，可以通过my_tuple[1].append(500)来修改元组中列表元素的值，此时元组变为(100, [200, 300, 500], 400)，但元组的结构（元素个数和位置）并未改变。
- 元组也支持切片操作，用法与列表相同，如my_tuple[1:3]。

（四）字典（Dictionary）

字典是一种无序的键值对集合，通过键（key）来访问值（value），键必须是唯一的，而值可以重复。

python"># 字典的创建和键访问
my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'New York'}
print(my_dict['name'])  
print(my_dict['age'])  # 添加键值对
my_dict['gender'] = 'female'
print(my_dict)  # 修改值
my_dict['age'] = 26
print(my_dict)  # 删除键值对
del my_dict['city']
print(my_dict)  # 遍历字典的键
for key in my_dict.keys():print(key)# 遍历字典的值
for value in my_dict.values():print(value)# 遍历字典的键值对
for key, value in my_dict.items():print(key, value)

key访问：
- 例如my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'New York'}，通过my_dict['name']可以获取到值'Alice'，my_dict['age']获取到25。
高级语法操作：
- 添加键值对：my_dict['gender'] = 'female'，向字典中添加一个新的键值对。
- 修改值：my_dict['age'] = 26，将age对应的值修改为26。
- 删除键值对：del my_dict['city']，删除指定键的键值对。
- 遍历字典：
  - 遍历键：for key in my_dict.keys(): print(key)，会依次输出字典的所有键。
  - 遍历值：for value in my_dict.values(): print(value)，会依次输出字典的所有值。
  - 遍历键值对：for key, value in my_dict.items(): print(key, value)，会依次输出字典的每个键值对。

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三、列表、元组、字典的区分

列表、元组和字典虽然都用于存储数据，但它们在以下几个方面存在明显区别：

可变性：
- 列表是可变的，这意味着可以在列表创建后添加、删除或修改元素。
- 元组是不可变的，一旦创建，其元素就不能被修改（除非元素本身是可变类型，如列表，但这种修改不改变元组的结构）。
- 字典的键是不可变的，但值是可变的，可以添加、删除或修改键值对。
数据结构：
- 列表和元组是有序的序列，元素按照插入的顺序排列，并且可以通过索引访问。
- 字典是无序的键值对集合，通过键来快速查找对应的值，而不是通过索引。
使用场景：
- 当需要存储一组有序且可能会经常变动的数据时，列表是一个很好的选择，例如存储学生的成绩列表，可能会随时添加或修改成绩。
- 元组适用于存储一些不希望被修改的数据，例如表示一个点的坐标(x, y)，或者函数返回多个固定值时，使用元组可以保证数据的完整性和不可变性。
- 字典常用于存储具有映射关系的数据，例如学生的姓名和成绩的对应关系，通过姓名（键）可以快速找到对应的成绩（值），方便数据的查找和管理。