python 就像一件藝術(shù)珍藏品！

python 最大的優(yōu)點(diǎn)之一是它可以廣泛地選擇模塊和包。它們將 python 的功能擴(kuò)展到許多流行的領(lǐng)域，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)科學(xué)、web 開(kāi)發(fā)、前端等等。其中最好的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 python 的內(nèi)置 collections 模塊。

在一般意義上，python 中的集合是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集合（如 list、dict、tuple 和 set）的容器。這些容器直接構(gòu)建在 python 中，可以直接調(diào)用。collections 模塊提供額外的高性能數(shù)據(jù)類(lèi)型，這些數(shù)據(jù)類(lèi)型可以提高代碼的性能。

讓我們?yōu)g覽一下 collections 模塊最流行的數(shù)據(jù)類(lèi)型以及如何使用它們吧！

1.counter

counter 是 dictionary 對(duì)象的一個(gè)子類(lèi)。collections 模塊中的 counter（）函數(shù)接受 iterable，例如 list 或 tuple，并返回計(jì)數(shù)器字典。字典的鍵將是 iterable 的唯一元素，每個(gè)鍵的值將是 iterable 中元素的計(jì)數(shù)。

作為開(kāi)始，讓我們從集合導(dǎo)入計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)類(lèi)型：

from collections import Counter

若要?jiǎng)?chuàng)建計(jì)數(shù)器對(duì)象，請(qǐng)將其分配給變量，這和任何其他對(duì)象類(lèi)是一樣的。你唯一想傳給它的參數(shù)就是你的變量。

lst = [1, 2, 3, 3, 2, 1, 1, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 1, 1]
counter = Counter(lst)

如果我們?cè)趯?duì)象 print（counter）周?chē)褂靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的 print 函數(shù)來(lái)打印計(jì)數(shù)器，我們會(huì)得到一個(gè)看起來(lái)有點(diǎn)像字典的東西：

Counter({1: 7, 2: 5, 3: 3})

你可以使用其 key 訪(fǎng)問(wèn)任何計(jì)數(shù)器項(xiàng)，如下所示。這與從標(biāo)準(zhǔn) python 字典中提取元素的方法完全相同。

lst = [1, 2, 3, 3, 2, 1, 1, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 1, 1]
counter = Counter(lst)
print(counter[1])

most_common() 函數(shù)

到目前為止，計(jì)數(shù)器對(duì)象最有用的函數(shù)是 most_common() 函數(shù)。當(dāng)它應(yīng)用于計(jì)數(shù)器對(duì)象時(shí)，它返回 n 個(gè)最常見(jiàn)元素及其計(jì)數(shù)的列表，按從最常見(jiàn)到最少見(jiàn)的順序排列。

lst = [1, 2, 3, 3, 2, 1, 1, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 1, 1]
counter = Counter(lst)
print(counter.most_common(2))

上面的代碼打印出以下元組列表：

[（1，7），（2，5）]

每個(gè)元組的第一個(gè)元素是列表中唯一的項(xiàng)，每個(gè)元組的第二個(gè)元素是計(jì)數(shù)。這是一種簡(jiǎn)單快捷的方法，比如「獲取列表中最常見(jiàn)的前 3 個(gè)元素及其計(jì)數(shù)」。

要了解更多有關(guān)計(jì)數(shù)器功能的信息，請(qǐng)查看官方文檔。

2.defaultdict

該函數(shù)的工作原理與普通的 python 字典完全相同，額外的好處是當(dāng)你試圖訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)不存在的鍵時(shí)，它不會(huì)拋出錯(cuò)誤。

相反，它使用默認(rèn)值初始化 key。默認(rèn)值是根據(jù)創(chuàng)建 DefaultDict 對(duì)象時(shí)作為參數(shù)傳遞的數(shù)據(jù)類(lèi)型自動(dòng)設(shè)置的。以下面的代碼為例。

from collections import defaultdict

names_dict = defaultdict(int)
names_dict["Bob"] = 1
names_dict["Katie"] = 2
sara_number = names_dict["Sara"]
print(names_dict)

在上面的示例中，int 作為默認(rèn)值傳遞給 defaultdict 對(duì)象。接下來(lái)，為每個(gè)鍵定義值，為鍵「bob」和「katie」定義數(shù)值。但在最后一行，我們?cè)噲D訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)尚未定義的 key，即「sara」。

在普通字典中，這會(huì)拋出一個(gè)錯(cuò)誤。但是使用 defaultdict，一個(gè)新的 key 會(huì)自動(dòng)初始化為「sara」，值為 0，對(duì)應(yīng)于我們的 int 數(shù)據(jù)類(lèi)型。因此，最后一行打印出一個(gè)包含所有 3 個(gè)名稱(chēng)和相應(yīng)值的字典。

defaultdict（<class'int'>，{'bob'：1，'katie'：2，'sara'：0}）

如果我們用一個(gè)類(lèi)似于這個(gè)名稱(chēng)的列表初始化 defaultdict，那么「sara」將用一個(gè)空列表 [] 初始化，代碼將輸出以下內(nèi)容：

defaultdict（<class'int'>，{'bob'：1，'katie'：2，'sara'：[]}）

要了解更多有關(guān) DefaultDict 功能的信息，請(qǐng)查看官方文檔。

3.deque

隊(duì)列是計(jì)算機(jī)科學(xué)中遵循先進(jìn)先出（fifo）原則的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這意味著添加到隊(duì)列中的第一個(gè)對(duì)象也必須是要?jiǎng)h除的第一個(gè)對(duì)象。我們只能在隊(duì)列前面插入內(nèi)容，只能從后面刪除內(nèi)容——隊(duì)列中間不能執(zhí)行任何操作。

collections 庫(kù)的 deque 實(shí)現(xiàn)了該功能的優(yōu)化版本。該實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵特性是保持隊(duì)列大小，即如果將隊(duì)列的最大大小設(shè)置為 10，則 deque 將根據(jù) fifo 原則添加和刪除元素，以保持最大大小為 10。這是目前為止 python 中隊(duì)列的最佳實(shí)現(xiàn)。

讓我們從下面這個(gè)例子開(kāi)始吧。我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) deque 對(duì)象，然后用從 1 到 10 的整數(shù)初始化它。

from collections import deque

my_queue = deque(maxlen=10)

for i in range(10):
   my_queue.append(i+1)

print(my_queue)

在上面的代碼中，我們首先初始化了我們的 deque，指定我們希望它始終保持最大的長(zhǎng)度 10。其次，我們通過(guò)循環(huán)將值插入到隊(duì)列中。請(qǐng)注意，填充隊(duì)列的功能與使用常規(guī) python 列表完全相同。最后，我們打印出結(jié)果。

deque([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], maxlen=10)

因?yàn)槲覀兊年?duì)列有一個(gè) maxlen=10，并且我們的循環(huán)添加了 10 個(gè)元素，所以我們的隊(duì)列包含從 1 到 10 的所有數(shù)字。現(xiàn)在讓我們看看當(dāng)我們?cè)黾痈嗟臄?shù)字時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

for i in range(10, 15):
   my_queue.append(i+1)

print(my_queue)

上面的代碼中，我們向隊(duì)列中添加了另外 5 個(gè)元素，即從 11 到 15 的數(shù)字。但是我們的隊(duì)列只有 maxlen=10，所以它必須刪除一些元素。由于隊(duì)列必須遵循 fifo 原則，因此它會(huì)刪除插入隊(duì)列的前 5 個(gè)元素，正是按照它們的插入順序：[1、2、3、4、5]。print 語(yǔ)句的結(jié)果如下：

deque([6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15], maxlen=10)

要了解更多有關(guān) deque 的信息，請(qǐng)查看官方文檔。

4.namedtuple

在 python 中創(chuàng)建常規(guī)元組時(shí)，其元素是通用的和未命名的。這迫使你記住每個(gè)元組元素的確切索引。namedtuple 就是這個(gè)問(wèn)題的解決方案。

namedtuple（）返回一個(gè)元組，該元組中每個(gè)位置的名稱(chēng)都是固定的，而 namedtuple 對(duì)象的名稱(chēng)是通用的。要使用 namedtuple，首先為它創(chuàng)建一個(gè)模板。下面的代碼創(chuàng)建一個(gè)名為「person」的 namedtuple 模板，該模板具有「name」、「age」和「job」參數(shù)。

from collections import namedtuple

Person = namedtuple('Person', 'name age job')

創(chuàng)建模板后，可以使用它創(chuàng)建 namedtuple 對(duì)象。讓我們?yōu)?2 個(gè) person 創(chuàng)建 2 個(gè) namedtuple 并打印出他們的表示。

Person = namedtuple('Person', 'name age job')

Mike = Person(name='Mike', age=30, job='Data Scientist')
Kate = Person(name="Kate", age=28, job='Project Manager')

print(Mike)
print(Kate)

上面的代碼非常直截了當(dāng)——我們用 namedtuple 模板的所有屬性初始化一個(gè)「person」。上面的打印語(yǔ)句將給出以下結(jié)果：

Person(name='Mike', age=30, job='Data Scientist')
Person(name='Kate', age=28, job='Project Manager')

因此，namedtuples 允許更大的易用性、可讀性和更容易組織元組對(duì)象。

要了解 namedtuple 的更多功能，請(qǐng)查看官方文檔。

結(jié)論

好了，你學(xué)完這些啦！接下來(lái)你可以使用 collections 庫(kù)使用 python 中的高性能數(shù)據(jù)類(lèi)型了~

如果你渴望更多，別擔(dān)心！在 python 集合中還有很多東西需要學(xué)習(xí)，你還需要學(xué)習(xí)如何最有效地使用它們。作為推薦閱讀材料，pymotw 網(wǎng)站是一個(gè)很好的選擇。如果你想了解更多關(guān)于 python 的基礎(chǔ)知識(shí)，coursera 有一個(gè)“Python for Everybody”課程，該課程更側(cè)重于應(yīng)用程序，快去加入學(xué)習(xí)吧~

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