Python中級(jí)篇—高級(jí)數(shù)據(jù)類型（集合和命名元組迭代器和生成器）
集合 (Set)
集合是一種無(wú)序、可變、且元素唯一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在 Python 中，可以通過(guò) set() 函數(shù)或使用大括號(hào) {} 來(lái)創(chuàng)建一個(gè)集合。
創(chuàng)建集合
# 創(chuàng)建一個(gè)空集合
empty_set = set()
print(empty_set)
# 創(chuàng)建帶有初始元素的集合
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
print(numbers)輸出：
set()
{1, 2, 3, 4, 5}注意，如果使用大括號(hào)創(chuàng)建一個(gè)空集合，會(huì)得到一個(gè)空字典而不是空集合。所以，創(chuàng)建空集合時(shí)應(yīng)該使用 set() 函數(shù)。
集合的基本操作
添加元素
可以使用 add() 方法向集合中添加元素，如果添加的元素已經(jīng)存在于集合中，則不會(huì)有任何影響。
fruits = {'apple', 'banana', 'orange'}
fruits.add('grape')
fruits.add('apple') # 不會(huì)有任何影響，因?yàn)?apple'已經(jīng)存在于集合中
print(fruits)輸出：
{'banana', 'grape', 'apple', 'orange'}刪除元素
可以使用 remove() 或 discard() 方法從集合中刪除指定元素，如果元素不存在，則 remove() 方法會(huì)拋出 KeyError 異常，而 discard() 方法不會(huì)有任何影響。
fruits = {'apple', 'banana', 'orange'}
fruits.remove('banana')
print(fruits)
fruits.discard('watermelon') # 不會(huì)有任何影響，因?yàn)?watermelon'不存在于集合中
print(fruits)輸出：
{'apple', 'orange'}
{'apple', 'orange'}集合運(yùn)算
可以對(duì)集合執(zhí)行交集、并集、差集、對(duì)稱差等運(yùn)算。
A = {1, 2, 3, 4, 5}
B = {4, 5, 6, 7, 8}
print(A & B) # 交集
print(A | B) # 并集
print(A - B) # 差集
print(A ^ B) # 對(duì)稱差輸出：
{4, 5}
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}
{1, 2, 3}
{1, 2, 3, 6, 7, 8}代碼演示
# 創(chuàng)建一個(gè)空集合
empty_set = set()
print(empty_set)
# 創(chuàng)建帶有初始元素的集合
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
print(numbers)
# 添加元素
fruits = {'apple', 'banana', 'orange'}
fruits.add('grape')
fruits.add('apple') # 不會(huì)有任何影響，因?yàn)?apple'已經(jīng)存在于集合中
print(fruits)
# 刪除元素
fruits.remove('banana')
print(fruits)
fruits.discard('watermelon') # 不會(huì)有任何影響，因?yàn)?watermelon'不存在于集合中
print(fruits)
# 集合運(yùn)算
A = {1, 2, 3, 4, 5}
B = {4, 5, 6, 7, 8}
print(A & B) # 交集
print(A | B) # 并集
print(A - B) # 差集
print(A ^ B) # 對(duì)稱差輸出：
set()
{1, 2, 3, 4, 5}
{'orange', 'banana', 'grape', 'apple'}
{'orange', 'grape', 'apple'}
{'orange', 'grape', 'apple'}
{4, 5}
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}
{1, 2, 3}
{1, 2, 3, 6, 7, 8}命名元組 (NamedTuple)
命名元組是一種具名元素的元組。與普通元組不同，命名元組的每個(gè)元素都有一個(gè)可讀性更高的名稱。在 Python 中，可以通過(guò) collections 模塊中的 namedtuple() 函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)命名元組。
創(chuàng)建命名元組
創(chuàng)建命名元組時(shí)需要指定元素的名稱和順序，可以使用逗號(hào)分隔的字符串或者是元素名稱組成的列表來(lái)定義。
from collections import namedtuple
# 用逗號(hào)分隔的字符串定義元素
Person = namedtuple('Person', 'name age gender')
p1 = Person('Bob', 25, 'male')
print(p1)
# 使用元素名稱組成的列表定義元素
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
p2 = Point(3.14, 2.71)
print(p2)輸出：
Person(name='Bob', age=25, gender='male')
Point(x=3.14, y=2.71)訪問(wèn)命名元組
可以使用點(diǎn)號(hào)運(yùn)算符來(lái)訪問(wèn)命名元組中的元素。
print(p1.name)
print(p2.y)輸出：
Bob
2.71修改命名元組
命名元組是不可變的，因此不能直接修改其元素。但可以使用 _replace() 方法創(chuàng)建一個(gè)新的命名元組，該方法會(huì)返回一個(gè)新的命名元組，其中指定的元素會(huì)被替換為新的值。注意，_replace() 方法并不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的命名元組，而是返回一個(gè)新的命名元組。
p3 = p2._replace(y=42)
print(p2)
print(p3)輸出：
Point(x=3.14, y=2.71)
Point(x=3.14, y=42)迭代器和生成器
迭代器和生成器是 Python 中非常重要的概念，它們可以幫助我們有效地處理大量數(shù)據(jù)，避免內(nèi)存溢出的問(wèn)題。
迭代器 (Iterator)
迭代器是一種可以逐個(gè)訪問(wèn)集合元素的對(duì)象，而不必將集合完全加載到內(nèi)存中。迭代器對(duì)象從第一個(gè)元素開(kāi)始訪問(wèn)，直到所有元素都被訪問(wèn)完為止。在 Python 中，可以使用 iter() 和 next() 函數(shù)來(lái)創(chuàng)建和訪問(wèn)迭代器。
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
it = iter(numbers)
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))輸出：
1
2
3
4
5生成器 (Generator)
生成器是一種特殊的迭代器，可以使用函數(shù)來(lái)創(chuàng)建。與普通函數(shù)不同，生成器函數(shù)返回的是一個(gè)迭代器對(duì)象，可以使用 yield 關(guān)鍵字來(lái)逐個(gè)返回值，而不是一次性返回所有值。
def square_numbers(n):
for i in range(n):
yield i ** 2
# 創(chuàng)建生成器對(duì)象
my_generator = square_numbers(5)
# 訪問(wèn)生成器中的元素
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))輸出：
0
1
4
9
16生成器的一個(gè)重要特點(diǎn)是可以節(jié)省內(nèi)存，因?yàn)樗恍枰獙⑺性乇４嬖趦?nèi)存中，而是逐個(gè)生成元素。此外，生成器還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限序列的生成，比如生成所有的斐波那契數(shù)列元素。以下是一個(gè)生成斐波那契數(shù)列的生成器函數(shù)示例：
def fibonacci():
a, b = 0, 1
while True:
yield a
a, b = b, a + b
# 創(chuàng)建生成器對(duì)象
my_generator = fibonacci()
# 訪問(wèn)生成器中的元素
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))輸出：
0
1
1
2
3
5除了使用 next() 函數(shù)來(lái)訪問(wèn)生成器中的元素之外，我們還可以使用 for 循環(huán)來(lái)遍歷生成器中的所有元素，因?yàn)樯善饕彩且环N可迭代對(duì)象。
# 創(chuàng)建生成器對(duì)象
my_generator = square_numbers(5)
# 遍歷生成器中的元素
for num in my_generator:
print(num)輸出：
0
1
4
9
16另外一個(gè)有用的函數(shù)是 send()，它可以在調(diào)用生成器函數(shù)時(shí)向生成器中傳遞一個(gè)值，并從當(dāng)前位置繼續(xù)執(zhí)行生成器函數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，send() 函數(shù)會(huì)將傳遞的值作為 yield 表達(dá)式的返回值，并將生成器函數(shù)的執(zhí)行從 yield 表達(dá)式后的下一條語(yǔ)句開(kāi)始執(zhí)行。以下是一個(gè)示例：
def square_numbers():
num = 0
while True:
# 從外部接收一個(gè)值
x = yield num ** 2
if x is not None:
num = x
else:
num += 1
# 創(chuàng)建生成器對(duì)象
my_generator = square_numbers()
# 訪問(wèn)生成器中的元素，并向生成器中傳遞一個(gè)值
print(next(my_generator))
print(next(my_generator))
print(my_generator.send(5))
print(next(my_generator))輸出：
0
1
25
36在上面的示例中，我們定義了一個(gè)生成器函數(shù) square_numbers()，它會(huì)不斷地生成平方數(shù)。在函數(shù)中，我們使用 yield 表達(dá)式來(lái)逐個(gè)返回平方數(shù)，并將 num 的初始值設(shè)置為 0。當(dāng)從外部通過(guò) send() 函數(shù)向生成器中傳遞一個(gè)值時(shí)，我們可以在函數(shù)中將 num 的值修改為傳遞的值，并從 yield 表達(dá)式后的下一條語(yǔ)句開(kāi)始執(zhí)行。
以上就是迭代器和生成器的基本介紹，它們是 Python 中非常重要的概念，可以幫助我們高效地處理大量數(shù)據(jù)。
