Python编程基础：变量类型与数据结构

引言

在开始学习Python编程语言前，了解一些基本概念是必要的。本文将介绍Python中的变量类型与数据结构，这是任何编程语言的基础。通过学习这些基础知识，你可以更好地理解Python语法和程序设计思想，为后续的学习打下坚实的基础。

Python变量类型

Python中的变量类型主要分为数值型、字符串型和布尔型。每种类型都有其特定的用途和规则。

数值型变量

数值型变量可以分为整型(int)、浮点型(float)和复数型(complex)。

整型变量

整型变量用于存储整数。整型可以是正数、负数或零。

a = 10
b = -5
c = 0
print(a)
print(b)
print(c)

浮点型变量

浮点型变量用于存储小数。浮点型可以是正数或负数。

x = 3.14
y = -0.01
z = 0.0
print(x)
print(y)
print(z)

复数型变量

复数型变量用于存储复数。复数由实部和虚部组成，格式为a + bj。

p = 2 + 3j
q = -4 + 0j
r = 0 + 2j
print(p)
print(q)
print(r)

字符串型变量

字符串型变量用于存储文本数据。字符串可以用单引号('')、双引号(" ")或三引号(''' ''')包围。

str1 = 'Hello, World!'
str2 = "Python is awesome."
str3 = """This is a multi-line
string."""
print(str1)
print(str2)
print(str3)

布尔型变量

布尔型变量用于存储True或False。布尔型常用于条件判断。

bool1 = True
bool2 = False
print(bool1)
print(bool2)

数据结构

Python提供多种内置的数据结构，包括列表(list)、元组(tuple)、集合(set)和字典(dict)。

列表

列表是一种有序的、可变的数据集合。列表使用方括号([])表示，元素之间用逗号分隔。

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
list2 = ['apple', 'banana', 'cherry']
list3 = [True, False, True]
list4 = [1, 'apple', True, 3.14]
print(list1)
print(list2)
print(list3)
print(list4)

元组

元组是一种有序的、不可变的数据集合。元组使用圆括号(())表示，元素之间用逗号分隔。

tuple1 = (1, 2, 3, 4, 5)
tuple2 = ('apple', 'banana', 'cherry')
tuple3 = (True, False, True)
tuple4 = (1, 'apple', True, 3.14)
print(tuple1)
print(tuple2)
print(tuple3)
print(tuple4)

集合

集合是一种无序的、不重复的数据集合。集合使用花括号({})表示，元素之间用逗号分隔。

set1 = {1, 2, 3, 4, 5}
set2 = {'apple', 'banana', 'cherry'}
set3 = {True, False, True}
set4 = {1, 'apple', True, 3.14}
print(set1)
print(set2)
print(set3)
print(set4)

字典

字典是一种键值对的数据集合。字典使用花括号({})表示，键值对之间用冒号(:)分隔，键值对之间用逗号分隔。

dict1 = {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}
dict2 = {1: 'apple', 2: 'banana', 3: 'cherry'}
dict3 = {'True': True, 'False': False}
print(dict1)
print(dict2)
print(dict3)

列表操作

列表是一种非常灵活的数据结构，支持多种操作。

列表索引

列表可以通过索引访问元素。索引从0开始。

list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(list[0])  # 输出：1
print(list[2])  # 输出：3

列表切片

列表可以通过切片获取子列表。切片的格式为[start:end:step]。

list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(list[1:4])  # 输出：[2, 3, 4]
print(list[::2])  # 输出：[1, 3, 5]
print(list[1::2])  # 输出：[2, 4]

列表添加元素

列表支持使用append方法添加元素到末尾，使用insert方法插入元素到指定位置。

list = [1, 2, 3]
list.append(4)  # 输出：[1, 2, 3, 4]
list.insert(1, 10)  # 输出：[1, 10, 2, 3, 4]

列表删除元素

列表支持使用pop方法删除并返回末尾或指定位置的元素，使用remove方法删除第一个匹配的元素。

list = [1, 2, 3, 4, 5]
list.pop()  # 输出：5
list.pop(1)  # 输出：2
list.remove(3)  # 输出：[1, 4, 5]

列表修改元素

列表可以通过索引修改指定位置的元素。

list = [1, 2, 3]
list[1] = 10  # 输出：[1, 10, 3]

列表排序

列表支持使用sort方法进行原地排序，使用sorted函数返回新的排序列表。

list = [3, 1, 4, 2, 5]
list.sort()  # 输出：[1, 2, 3, 4, 5]
print(sorted([3, 1, 4, 2, 5]))  # 输出：[1, 2, 3, 4, 5]

字典操作

字典是一种非常灵活的数据结构，支持多种操作。

字典索引

字典可以通过键访问和修改元素。

dict = {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}
print(dict['name'])  # 输出：John
dict['name'] = 'Peter'  # 输出：{'name': 'Peter', 'age': 30, 'city': 'New York'}

字典添加元素

字典可以通过赋值操作添加新的键值对。

dict = {'name': 'John', 'age': 30}
dict['city'] = 'New York'  # 输出：{'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}

字典删除元素

字典可以通过pop方法删除并返回指定键的值，使用del关键字删除指定键。

dict = {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}
dict.pop('age')  # 输出：30
del dict['city']  # 输出：{'name': 'John'}

字典修改元素

字典可以通过赋值操作修改指定键的值。

dict = {'name': 'John', 'age': 30}
dict['name'] = 'Peter'  # 输出：{'name': 'Peter', 'age': 30}

字典遍历

字典可以通过for循环遍历键值对。

dict = {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}
for key, value in dict.items():
    print(key, value)

集合操作

集合是一种非常灵活的数据结构，支持多种操作。

集合并集

集合可以通过union方法或|操作符计算并集。

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
print(set1.union(set2))  # 输出：{1, 2, 3, 4}
print(set1 | set2)  # 输出：{1, 2, 3, 4}

集合交集

集合可以通过intersection方法或&操作符计算交集。

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
print(set1.intersection(set2))  # 输出：{2, 3}
print(set1 & set2)  # 输出：{2, 3}

集合差集

集合可以通过difference方法或-操作符计算差集。

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
print(set1.difference(set2))  # 输出：{1}
print(set1 - set2)  # 输出：{1}

集合对称差集

集合可以通过symmetric_difference方法或^操作符计算对称差集。

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
print(set1.symmetric_difference(set2))  # 输出：{1, 4}
print(set1 ^ set2)  # 输出：{1, 4}

集合添加元素

集合可以通过add方法添加元素。

set = {1, 2, 3}
set.add(4)  # 输出：{1, 2, 3, 4}

集合删除元素

集合可以通过remove方法或discard方法删除元素。

set = {1, 2, 3}
set.remove(2)  # 输出：{1, 3}
set.discard(4)  # 输出：{1, 3} 不会报错

集合判断元素

集合可以通过in关键字判断元素是否存在。

set = {1, 2, 3}
print(2 in set)  # 输出：True
print(4 in set)  # 输出：False

元组操作

元组是一种非常灵活的数据结构，支持多种操作。

元组索引

元组可以通过索引访问元素。索引从0开始。

tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
print(tuple[0])  # 输出：1
print(tuple[2])  # 输出：3

元组切片

元组可以通过切片获取子元组。切片的格式为[start:end:step]。

tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
print(tuple[1:4])  # 输出：(2, 3, 4)
print(tuple[::2])  # 输出：(1, 3, 5)
print(tuple[1::2])  # 输出：(2, 4)

元组解包

元组可以通过解包方式分配给多个变量。

tuple = (1, 2, 3)
a, b, c = tuple
print(a)  # 输出：1
print(b)  # 输出：2
print(c)  # 输出：3

元组遍历

元组可以通过for循环遍历元素。

tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
for element in tuple:
    print(element)

总结

本文介绍了Python中的变量类型和数据结构，包括数值型、字符串型和布尔型变量，以及列表、元组、集合和字典。通过了解这些基本概念和操作，你将能够更好地理解和使用Python编程语言。继续学习Python的高级特性，如函数、类等，将帮助你进一步提升编程技能。

实践示例

实践示例1：创建一个包含姓名、年龄和地址的字典，并对其进行操作。

person = {'name': 'John Doe', 'age': 30, 'address': '123 Main St'}
print(person)  # 输出：{'name': 'John Doe', 'age': 30, 'address': '123 Main St'}

# 添加职业信息
person['occupation'] = 'Software Developer'
print(person)  # 输出：{'name': 'John Doe', 'age': 30, 'address': '123 Main St', 'occupation': 'Software Developer'}

# 修改年龄
person['age'] = 35
print(person)  # 输出：{'name': 'John Doe', 'age': 35, 'address': '123 Main St', 'occupation': 'Software Developer'}

# 删除地址信息
del person['address']
print(person)  # 输出：{'name': 'John Doe', 'age': 35, 'occupation': 'Software Developer'}

# 遍历字典
for key, value in person.items():
    print(f'{key}: {value}')

实践示例2：使用列表来存储学生信息，并对其进行操作。

students = [
    {'name': 'Alice', 'age': 20, 'grade': 85},
    {'name': 'Bob', 'age': 22, 'grade': 90},
    {'name': 'Charlie', 'age': 21, 'grade': 88}
]

print(students)  # 输出：[{'name': 'Alice', 'age': 20, 'grade': 85}, {'name': 'Bob', 'age': 22, 'grade': 90}, {'name': 'Charlie', 'age': 21, 'grade': 88}]

# 添加新的学生
students.append({'name': 'David', 'age': 23, 'grade': 92})
print(students)  # 输出：[{'name': 'Alice', 'age': 20, 'grade': 85}, {'name': 'Bob', 'age': 22, 'grade': 90}, {'name': 'Charlie', 'age': 21, 'grade': 88}, {'name': 'David', 'age': 23, 'grade': 92}]

# 修改学生的年龄
students[0]['age'] = 21
print(students)  # 输出：[{'name': 'Alice', 'age': 21, 'grade': 85}, {'name': 'Bob', 'age': 22, 'grade': 90}, {'name': 'Charlie', 'age': 21, 'grade': 88}, {'name': 'David', 'age': 23, 'grade': 92}]

# 删除学生信息
students.pop(2)
print(students)  # 输出：[{'name': 'Alice', 'age': 21, 'grade': 85}, {'name': 'Bob', 'age': 22, 'grade': 90}, {'name': 'David', 'age': 23, 'grade': 92}]

# 遍历列表
for student in students:
    print(f'{student["name"]} is {student["age"]} years old and has a grade of {student["grade"]}')

实践示例3：使用集合来存储学生的名字，并对其进行操作。

students = {'Alice', 'Bob', 'Charlie'}

print(students)  # 输出：{'Alice', 'Bob', 'Charlie'}

# 添加新的学生名字
students.add('David')
print(students)  # 输出：{'Alice', 'Bob', 'Charlie', 'David'}

# 检查学生名字是否存在
print('Alice' in students)  # 输出：True
print('Eve' in students)  # 输出：False

# 删除学生名字
students.discard('Charlie')
print(students)  # 输出：{'Alice', 'Bob', 'David'}

# 遍历集合
for student in students:
    print(student)

结语

学习Python中的变量类型与数据结构是编程学习的基础。通过本文的介绍和示例代码，你已经掌握了Python中主要的数据类型和数据结构的基本操作。掌握这些基础知识后，你可以继续深入学习Python的其他高级特性，例如函数、类等，进一步提升编程技能。如果你想要学习更多Python相关的知识，可以访问慕课网，那里有很多高质量的Python课程和教学资源。