# 最常用的創(chuàng)建方式，直觀且靈活
# 可以在創(chuàng)建時直接初始化多個鍵值對
# 支持嵌套字典結(jié)構(gòu)
student = {
'name': '張三', # 字符串類型的鍵值對
'age': 20, # 數(shù)字類型的值
'scores': {'語文': 85, '數(shù)學(xué)': 92} # 嵌套字典
}

# 2. 使用dict()構(gòu)造函數(shù)
# 適用于鍵名符合變量命名規(guī)則的情況
# 代碼更簡潔，但不支持復(fù)雜的鍵名
info = dict(name='李四', age=22) # 等同于 {'name': '李四', 'age': 22}

# 3. 使用字典推導(dǎo)式
# 適合批量創(chuàng)建有規(guī)律的鍵值對
# 代碼簡潔，可讀性好
squares = {x: x**2for x in range(5)} # 創(chuàng)建數(shù)字及其平方的映射

# 4. 使用dict.fromkeys()創(chuàng)建具有默認(rèn)值的字典
# 適合初始化具有相同默認(rèn)值的多個鍵
# 注意：所有鍵會共享同一個默認(rèn)值對象
keys = ['a', 'b', 'c']
default_dict = dict.fromkeys(keys, 0) # 創(chuàng)建所有鍵對應(yīng)值為0的字典

3. 字典的基本操作

3.1 訪問和修改元素

# 創(chuàng)建示例字典

user = {

    'name': '張三',

    'age': 25,

    'email': 'zhangsan@example.com'

}



# 1. 訪問元素的多種方式

# 使用方括號訪問 - 最直接的方式，但鍵不存在時會拋出KeyError

print(user['name'])  # 輸出：張三



# 使用get()方法訪問 - 推薦的安全訪問方式

# 第一個參數(shù)是鍵名，第二個參數(shù)是鍵不存在時的默認(rèn)值

age = user.get('age', 0)  # 如果'age'鍵不存在，返回默認(rèn)值0

phone = user.get('phone', '未設(shè)置')  # 獲取可能不存在的鍵



# 2. 修改元素

# 直接賦值修改已存在的鍵值對

user['age'] = 26# 修改已存在的鍵的值



# 3. 添加新元素

# 使用新鍵直接賦值

user['phone'] = '13800138000'# 添加新的鍵值對



# 4. 刪除元素的多種方式

# 使用del語句 - 刪除指定鍵值對，鍵不存在會拋出KeyError

del user['email']



# 使用pop()方法 - 刪除并返回值，可以提供默認(rèn)值

phone = user.pop('phone', None)  # 如果鍵不存在，返回None



# 使用popitem()方法 - 刪除并返回最后一個鍵值對

last_item = user.popitem()  # 返回元組(key, value)

3.2 常用字典方法

# 1. 獲取字典信息的方法

# keys() - 獲取所有鍵

# 返回一個動態(tài)視圖對象，會隨字典變化而更新

keys = user.keys()  # 獲取所有鍵的視圖

key_list = list(keys)  # 轉(zhuǎn)換為列表



# values() - 獲取所有值

# 同樣返回動態(tài)視圖對象

values = user.values()  # 獲取所有值的視圖

value_list = list(values)  # 轉(zhuǎn)換為列表



# items() - 獲取所有鍵值對

# 返回(key, value)元組的視圖對象

items = user.items()  # 獲取所有鍵值對的視圖

for key, value in items:  # 常用于遍歷字典

    print(f"{key}: {value}")



# 2. 修改字典的方法

# update() - 批量更新字典

# 可以使用另一個字典或鍵值對序列更新

user.update({'city': '北京', 'age': 27})  # 使用字典更新

user.update(zip(['hobby', 'job'], ['讀書', '程序員']))  # 使用鍵值對序列更新



# setdefault() - 設(shè)置默認(rèn)值

# 如果鍵不存在，則設(shè)置默認(rèn)值并返回

# 如果鍵存在，則返回現(xiàn)有值

email = user.setdefault('email', 'default@example.com')



# 3. 清理字典的方法

# clear() - 清空字典

# 刪除所有鍵值對

user.clear()  # 字典變?yōu)榭兆值?{}



# copy() - 創(chuàng)建字典的淺拷貝

# 創(chuàng)建新字典，但嵌套的可變對象仍然共享引用

user_copy = user.copy()

4. 字典的高級應(yīng)用

4.1 嵌套字典

# 復(fù)雜的嵌套字典示例

# 展示了多層嵌套的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

# 適用于表示層級關(guān)系的數(shù)據(jù)

school = {

    'class_1': {

        'teacher': '王老師',

        'students': {

            '001': {

                'name': '張三',

                'scores': {'語文': 85, '數(shù)學(xué)': 92}

            },

            '002': {

                'name': '李四',

                'scores': {'語文': 89, '數(shù)學(xué)': 94}

            }

        }

    }

}



# 訪問嵌套數(shù)據(jù)的方法

# 1. 使用多級鍵訪問

print(school['class_1']['students']['001']['scores']['語文'])  # 輸出：85



# 2. 使用get()方法的安全訪問

# 避免鍵不存在時的異常

score = school.get('class_1', {}).get('students', {}).get('001', {}).get('scores', {}).get('語文', 0)



# 3. 修改嵌套數(shù)據(jù)

# 逐層創(chuàng)建或修改數(shù)據(jù)

school['class_2'] = {}  # 創(chuàng)建新的班級

school['class_2']['teacher'] = '李老師'# 添加教師信息

school['class_2']['students'] = {}  # 初始化學(xué)生字典

4.2 字典推導(dǎo)式高級用法

# 1. 條件字典推導(dǎo)式

# 根據(jù)條件篩選鍵值對

scores = {'張三': 85, '李四': 92, '王五': 78, '趙六': 95}

# 篩選成績大于等于85分的學(xué)生

pass_students = {name: score for name, score in scores.items() if score >= 85}



# 2. 轉(zhuǎn)換值的字典推導(dǎo)式

# 對原字典的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換

grades = {name: 'A'if score >= 90else'B'if score >= 80else'C'

         for name, score in scores.items()}



# 3. 嵌套字典推導(dǎo)式

# 創(chuàng)建復(fù)雜的嵌套字典結(jié)構(gòu)

# 生成乘法表字典

matrix = {i: {j: i*j for j in range(3)} for i in range(3)}

# 結(jié)果示例：{0: {0: 0, 1: 0, 2: 0}, 1: {0: 0, 1: 1, 2: 2}, 2: {0: 0, 1: 2, 2: 4}}

5. 使用字典格式化字符串

5.1 基本格式化

# 1. 使用%操作符（舊式格式化）

# 語法簡單，但功能有限

info = {'name': '張三', 'age': 25}

print('%(name)s is %(age)d years old' % info)



# 2. 使用str.format()方法

# 更靈活，支持更多格式化選項

print('{name} is {age} years old'.format(**info))



# 3. 使用f-string（推薦，Python 3.6+）

# 最簡潔、直觀的方式

# 支持直接使用表達(dá)式

print(f"{info['name']} is {info['age']} years old")

5.2 高級格式化技巧

# 1. 對齊和填充

data = {'name': '張三', 'score': 95.5}

# 左對齊，寬度10

# 右對齊，寬度8，保留2位小數(shù)

print(f"{data['name']:<10}|{data['score']:>8.2f}")



# 2. 使用字典進(jìn)行復(fù)雜模板格式化

# 適用于生成報告、配置文件等

template = '''

學(xué)生信息：

姓名：{name}

年齡：{age}

成績：{score:.1f}

'''



student = {

    'name': '張三',

    'age': 18,

    'score': 95.6

}



print(template.format(**student))

6. 字典性能優(yōu)化建議

6.1 字典創(chuàng)建優(yōu)化

# 1. 預(yù)分配空間

# 當(dāng)知道字典大小時，使用dict.fromkeys()預(yù)分配空間

# 避免頻繁的內(nèi)存重新分配

keys = range(10000)

optimized_dict = dict.fromkeys(keys)  # 預(yù)分配10000個空間



# 對比：動態(tài)增長的字典

unoptimized_dict = {}

for i in range(10000):

    unoptimized_dict[i] = None# 會導(dǎo)致多次內(nèi)存重新分配



# 2. 使用字典推導(dǎo)式替代循環(huán)

# 字典推導(dǎo)式通常比循環(huán)創(chuàng)建字典更快

squares_comprehension = {x: x**2for x in range(1000)}  # 更快



squares_loop = {}

for x in range(1000):  # 更慢

    squares_loop[x] = x**2

6.2 訪問優(yōu)化

# 1. 使用get()方法的最佳實踐

# 當(dāng)確定鍵存在時，使用方括號訪問更快

user = {'name': '張三', 'age': 25}



# 快：確定鍵存在時使用方括號

name = user['name']



# 慢：不必要的get()調(diào)用

name = user.get('name')



# 正確使用場景：鍵可能不存在時使用get()

phone = user.get('phone', '未設(shè)置')



# 2. 避免重復(fù)訪問

# 對頻繁訪問的值進(jìn)行本地緩存

def process_user_slow(user):

    # 差：重復(fù)訪問字典

    print(f"姓名：{user['name']}")

    print(f"年齡：{user['age']}")

    if user['age'] > 18:

        print(f"{user['name']}是成年人")



def process_user_fast(user):

    # 好：將頻繁使用的值緩存到局部變量

    name = user['name']

    age = user['age']

    print(f"姓名：{name}")

    print(f"年齡：{age}")

    if age > 18:

        print(f"{name}是成年人")

6.3 更新優(yōu)化

# 1. 批量更新優(yōu)化

# 使用update()方法進(jìn)行批量更新，而不是多次單獨更新

user = {'name': '張三'}



# 差：多次單獨更新

user['age'] = 25

user['city'] = '北京'

user['email'] = 'zhangsan@example.com'



# 好：使用update()批量更新

user.update({

    'age': 25,

    'city': '北京',

    'email': 'zhangsan@example.com'

})



# 2. 避免頻繁的增刪操作

# 如果需要頻繁增刪，考慮使用collections.defaultdict或set

from collections import defaultdict



# 統(tǒng)計單詞頻率的例子

# 使用defaultdict避免鍵檢查

word_counts = defaultdict(int)

text = "the quick brown fox jumps over the lazy dog"

for word in text.split():

    word_counts[word] += 1# 無需檢查鍵是否存在

6.4 內(nèi)存優(yōu)化

# 1. 使用__slots__優(yōu)化類字典

# 當(dāng)類屬性固定時，使用__slots__可以顯著減少內(nèi)存使用

class UserNormal:

    def __init__(self, name, age):

        self.name = name

        self.age = age



class UserOptimized:

    __slots__ = ['name', 'age']  # 顯著減少內(nèi)存使用

    def __init__(self, name, age):

        self.name = name

        self.age = age



# 2. 及時清理不需要的數(shù)據(jù)

# 使用clear()方法而不是重新賦值

large_dict = {i: i**2for i in range(10000)}



# 差：直接賦值新字典

large_dict = {}  # 舊字典仍在內(nèi)存中，等待垃圾回收



# 好：使用clear()清理

large_dict.clear()  # 立即釋放內(nèi)存



# 3. 使用弱引用字典

# 當(dāng)需要緩存對象但不阻止它們被垃圾回收時

from weakref import WeakKeyDictionary



class Cache:

    def __init__(self):

        # 當(dāng)鍵對象沒有其他引用時，自動從字典中刪除

        self.data = WeakKeyDictionary()

6.5 性能測試示例

import timeit

import sys



# 1. 字典創(chuàng)建性能對比

def test_dict_creation():

    # 測試不同創(chuàng)建方法的性能

    setup = """size = 1000"""



    test1 = """dict_comp = {x: x**2 for x in range(size)}"""

    test2 = """dict_loop = {}

for x in range(size):

    dict_loop[x] = x**2"""



    time1 = timeit.timeit(test1, setup, number=1000)

    time2 = timeit.timeit(test2, setup, number=1000)



    print(f"字典推導(dǎo)式: {time1:.4f}秒")

    print(f"循環(huán)創(chuàng)建: {time2:.4f}秒")



# 2. 內(nèi)存使用對比

def compare_memory_usage():

    # 測試普通類和使用__slots__的類的內(nèi)存占用

    normal_users = [UserNormal(f"user{i}", i) for i in range(1000)]

    optimized_users = [UserOptimized(f"user{i}", i) for i in range(1000)]



    normal_size = sys.getsizeof(normal_users[0]) * len(normal_users)

    optimized_size = sys.getsizeof(optimized_users[0]) * len(optimized_users)



    print(f"普通類對象占用內(nèi)存: {normal_size/1024:.2f}KB")

    print(f"優(yōu)化類對象占用內(nèi)存: {optimized_size/1024:.2f}KB")



if __name__ == '__main__':

    print("性能測試結(jié)果：")

    test_dict_creation()

    print("\n內(nèi)存使用對比：")

    compare_memory_usage()

6.6 最佳實踐總結(jié)

  1. 創(chuàng)建優(yōu)化
  1. 訪問優(yōu)化
  1. 更新優(yōu)化
  1. 內(nèi)存優(yōu)化
  1. 其他建議

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