Python面试题之容器(Collections)

容器(​​Collections​​)

Python附带一个模块，它包含许多容器数据类型，名字叫作​​collections​​。我们将讨论它的作用和用法。

我们将讨论的是：

• defaultdict
• counter
• deque
• namedtuple
• enum.Enum (包含在Python 3.4以上)

defaultdict

我个人使用​​defaultdict​​​较多，与​​dict​​类型不同，你不需要检查key是否存在，所以我们能这样做：

from collections import defaultdict

colours = (
('Yasoob', 'Yellow'),
('Ali', 'Blue'),
('Arham', 'Green'),
('Ali', 'Black'),
('Yasoob', 'Red'),
('Ahmed', 'Silver'),
)

favourite_colours = defaultdict(list)

for name, colour in colours:
favourite_colours[name].append(colour)

print(favourite_colours)

运行输出

# defaultdict(<type 'list'>,
# {'Arham': ['Green'],
# 'Yasoob': ['Yellow', 'Red'],
# 'Ahmed': ['Silver'],
# 'Ali': ['Blue', 'Black']
# })

另一种重要的是例子就是：当你在一个字典中对一个键进行嵌套赋值时，如果这个键不存在，会触发​​keyError​​​异常。 ​​defaultdict​​​允许我们用一个聪明的方式绕过这个问题。 首先我分享一个使用​​dict​​​触发​​KeyError​​​的例子，然后提供一个使用​​defaultdict​​的解决方案。

问题：

some_dict = {}
some_dict['colours']['favourite'] = "yellow"

## 异常输出：KeyError: 'colours'

解决方案：

import collections
tree = lambda: collections.defaultdict(tree)
some_dict = tree()
some_dict['colours']['favourite'] = "yellow"

## 运行正常

​​ ​​

你可以用​​json.dumps​​​打印出​​some_dict​​，例如：

import json
print(json.dumps(some_dict))

## 输出: {"colours": {"favourite": "yellow"}}

counter

Counter是一个计数器，它可以帮助我们针对某项数据进行计数。比如它可以用来计算每个人喜欢多少种颜色：

from collections import Counter

colours = (
('Yasoob', 'Yellow'),
('Ali', 'Blue'),
('Arham', 'Green'),
('Ali', 'Black'),
('Yasoob', 'Red'),
('Ahmed', 'Silver'),
)

favs = Counter(name for name, colour in colours)
print(favs)

## 输出:
## Counter({
## 'Yasoob': 2,
## 'Ali': 2,
## 'Arham': 1,
## 'Ahmed': 1
## })

​​ ​​

我们也可以在利用它统计一个文件，例如：

with open('filename', 'rb') as f:
line_count = Counter(f)
print(line_count)

deque

deque提供了一个双端队列，你可以从头/尾两端添加或删除元素。要想使用它，首先我们要从​​collections​​​中导入​​deque​​模块：

from collections import deque

现在，你可以创建一个​​deque​​对象。

d = deque()

它的用法就像python的​​list​​，并且提供了类似的方法，例如：

d = deque()
d.append('1')
d.append('2')
d.append('3')

print(len(d))

## 输出: 3

print(d[0])

## 输出: '1'

print(d[-1])

## 输出: '3'

​​ ​​

你可以从两端取出(pop)数据：

d = deque(range(5))
print(len(d))

## 输出: 5

d.popleft()

## 输出: 0

d.pop()

## 输出: 4

print(d)

## 输出: deque([1, 2, 3])

​​ ​​

我们也可以限制这个列表的大小，当超出你设定的限制时，数据会从对队列另一端被挤出去(pop)。

最好的解释是给出一个例子：

d = deque(maxlen=30)

现在当你插入30条数据时，最左边一端的数据将从队列中删除。

你还可以从任一端扩展这个队列中的数据：

d = deque([1,2,3,4,5])
d.extendleft([0])
d.extend([6,7,8])
print(d)

## 输出: deque([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

​​ ​​

namedtuple

您可能已经熟悉元组。

一个元组是一个不可变的列表，你可以存储一个数据的序列，它和命名元组(​​namedtuples​​)非常像，但有几个关键的不同。

主要相似点是都不像列表，你不能修改元组中的数据。为了获取元组中的数据，你需要使用整数作为索引：

man = ('Ali', 30)
print(man[0])

## 输出: Ali

​​ ​​

嗯，那​​namedtuples​​​是什么呢？它把元组变成一个针对简单任务的容器。你不必使用整数索引来访问一个​​namedtuples​​​的数据。你可以像字典(​​dict​​​)一样访问​​namedtuples​​​，但​​namedtuples​​是不可变的。

from collections import namedtuple

Animal = namedtuple('Animal', 'name age type')
perry = Animal(name="perry", age=31, type="cat")

print(perry)

## 输出: Animal(name='perry', age=31, type='cat')

print(perry.name)

## 输出: 'perry'

​​ ​​

现在你可以看到，我们可以用名字来访问​​namedtuple​​​中的数据。我们再继续分析它。一个命名元组(​​namedtuple​​)有两个必需的参数。它们是元组名称和字段名称。

在上面的例子中，我们的元组名称是​​Animal​​，字段名称是'name'，'age'和'type'。

​​namedtuple​​让你的元组变得自文档了。你只要看一眼就很容易理解代码是做什么的。

你也不必使用整数索引来访问一个命名元组，这让你的代码更易于维护。

而且，​​namedtuple​​的每个实例没有对象字典，所以它们很轻量，与普通的元组比，并不需要更多的内存。这使得它们比字典更快。

然而，要记住它是一个元组，属性值在​​namedtuple​​中是不可变的，所以下面的代码不能工作：

from collections import namedtuple

Animal = namedtuple('Animal', 'name age type')
perry = Animal(name="perry", age=31, type="cat")
perry.age = 42

## 输出:
## Traceback (most recent call last):
## File "", line 1, in
## AttributeError: can't set attribute

​​ ​​

你应该使用命名元组来让代码自文档，它们向后兼容于普通的元组，这意味着你可以既使用整数索引，也可以使用名称来访问​​namedtuple​​：

from collections import namedtuple

Animal = namedtuple('Animal', 'name age type')
perry = Animal(name="perry", age=31, type="cat")
print(perry[0])

## 输出: perry

最后，你可以将一个命名元组转换为字典，方法如下：

from collections import namedtuple

Animal = namedtuple('Animal', 'name age type')
perry = Animal(name="Perry", age=31, type="cat")
print(perry._asdict())

## 输出: OrderedDict([('name', 'Perry'), ('age', 31), ...

enum.Enum (Python 3.4+)

另一个有用的容器是枚举对象，它属于​​enum​​​模块，存在于Python 3.4以上版本中（同时作为一个独立的PyPI包​​enum34​​供老版本使用）。Enums(枚举类型)基本上是一种组织各种东西的方式。

让我们回顾一下上一个'Animal'命名元组的例子。

它有一个type字段，问题是，type是一个字符串。

那么问题来了，万一程序员输入了​​Cat​​，因为他按到了Shift键，或者输入了'CAT'，甚至'kitten'？

枚举可以帮助我们避免这个问题，通过不使用字符串。考虑以下这个例子：

from collections import namedtuple
from enum import Enum

class Species(Enum):
cat = 1
dog = 2
horse = 3
aardvark = 4
butterfly = 5
owl = 6
platypus = 7
dragon = 8
unicorn = 9
# 依次类推

# 但我们并不想关心同一物种的年龄，所以我们可以使用一个别名
kitten = 1 # (译者注：幼小的猫咪)
puppy = 2 # (译者注：幼小的狗狗)

Animal = namedtuple('Animal', 'name age type')
perry = Animal(name="Perry", age=31, type=Species.cat)
drogon = Animal(name="Drogon", age=4, type=Species.dragon)
tom = Animal(name="Tom", age=75, type=Species.cat)
charlie = Animal(name="Charlie", age=2, type=Species.kitten)

现在，我们进行一些测试：

>>> charlie.type == tom.type
True
>>> charlie.type
<Species.cat: 1>

这样就没那么容易错误，我们必须更明确，而且我们应该只使用定义后的枚举类型。

有三种方法访问枚举数据，例如以下方法都可以获取到'cat'的值：

Species(1)
Species['cat']
Species.cat

这只是一个快速浏览​​collections​​模块的介绍，建议你阅读本文最后的官方文档。

​​参考​​