字典和集合

参考《Fluent Python》字典和集合

集合的本质是唯一元素的聚集,所以集合可以用来去重

>>> l = ['open', 'spam', 'aaaa', 'aaaa']
>>> set(l)
{'aaaa', 'spam', 'open'}

集合也支持一些基础的中缀运算符,给定两个集合a, b, a | b返回合集, a & b返回交集, a - b是差集。

创建set的两种方法:{}set()

>>> from dis import dis
>>> dis('{1}')
  1           0 LOAD_CONST               0 (1)
              2 BUILD_SET                1
              4 RETURN_VALUE
>>> dis('set([1])')
  1           0 LOAD_NAME                0 (set)
              2 LOAD_CONST               0 (1)
              4 BUILD_LIST               1
              6 CALL_FUNCTION            1
              8 RETURN_VALUE

使用第一种方法更快一点,第二种会先从set这个名字查询构造方法, 然后创建一个列表, 把这个列表传入构造方法中, 而第一种会利用专门的BUILD_SET来创建集合。

集合推导

>>> from unicodedata import name
>>> {chr(i) for i in range(32, 256) if 'SIGN' in name(chr(i), '')}
{'#', '÷', '§', '%', '¬', '©', '>', '¢', '±', 'µ', '<', '®', '¥', '$', '¶', '¤', '=', '×', '£', '°', '+'}

unicodedata中导入name函数,用来获取字符的名字。

将32-256之间的字符的名字中带有SIGN的提取出来,放在一个集合中。

散列表(Hash表)

Hash基础

Python用Hash表实现了dict类。

Hash表的时间复杂度为O(1)

散列函数

散列函数给出一个数据,返回一个数字。即散列函数:

将输入映射到数字

散列函数的条件:

  1. 必须一致,可重复, 假设输入apple得到4。那么必须每次输入apple都要输出4
  2. 不同输入映射到不同数字

散列表的作用就是用来快速查找,更新数据。

将数据的键输入散列函数,得到的数字作为数组下标,将值储存在相应位置,在查询数字时,只需要输入键即可得到索引,从而得到数字。

当有大量数据的时候效率尤其明显。

字典中的散列表

Hash表其实是一个稀疏数组(总有空白元素的数组成为稀疏数组),散列表中的每一个单元叫做表元,在dict中,每个键值对占用一个表元,表元中包括两部分:对键的引用和对值的引用。

如果想把一个对象放进散列表中,需要计算这个元素键的散列值, Python中用Hash()来计算。

散列表算法

为了获取my_dict[search_key]的值,python会首先调用hash(search_key)来计算散列值,取这个散列值的最低的几位数字作为偏移量,在散列表中查询表元。若表元为空,则抛出错误,若不为空,检测search_key == found_key若为真,则返回值。

search_key == found_key不匹配时,称为散列冲突,这是算法会取散列值的另外几位数字,来寻找表元。

散列表算法

根据散列表的大小,散列表所占的位数和用作索引的位数都不一样,这样是为了避免散列冲突的发生的概率,实际情况下,发生散列冲突的概率是很小的。

An object is hashable if it has a hash value which never changes during its lifetime (it needs a hash() method), and can be compared to other objects (it needs an eq() method). Hashable objects which compare equal must have the same hash value.

即如果一个对象是可散列的:

  1. 需要支持hash()函数,并且得到的散列值是不变的
  2. 支持通过eq()来检测相等性
  3. a == b为真,那么hash(a) == hash(b)也为真

原子不可变数据类型(str,bytes和数值类型)都是hashable类型,frozenset也是hashable的,因为根据其定义,frozenset里只可容纳可散列类型。元组也是hashable的,但只有当元组包含的所有元素都是hashable类型的情况下它才是可散列的。list等可变对象是不可散列的,因为随着数据的改变他们的哈希值会变化导致进入错误的哈希表。

>>> test = (1, 2, (3, 4))
>>> hash(test)
3794340727080330424
>>> test1 = (1, 2, [3, 4])
>>> hash(test1)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#71>", line 1, in <module>
    hash(test1)
TypeError: unhashable type: 'list'

所有由用户自定义的对象默认都是可散列的,他们的散列值通过id()来获取, 而且不相等。

字典在内存上消耗大

因为字典采用散列表。如果要保存巨大的数据,放在元组中是比较好的选择

字典的键查询很快

字典是典型的空间换时间, 虽然有很大的内存开销,但是他也有无视数据量大小的访问速度。

向字典中添加新键可能会改变已有键的顺序

当向字典中添加新的键时, Python都可能做出字典扩容的决定。对字典的迭代和修改最好分成两步。

首先对字典进行迭代,得到需要修改的内容;在把这些内容放在一个新的字典中,迭代结束后对原有字典更新。

Python3中,字典的.keys(), .items().values()返回的不是集合而是字典视图。

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