03_data_structures.py

# -*- coding: utf-8 -*-

# --- 第3章：数据结构 ---

# 数据结构是组织和存储数据的方式，以便更有效地访问和修改数据。
# Python 内置了几种非常常用的数据结构。

# --- 1. 列表 (List) ---
# 列表是可变的（可以修改），有序的集合。用方括号 [] 表示。
# 列表可以包含不同类型的数据。

my_list = [1, 2, 3, "apple", "banana", True]
print("原始列表:", my_list)

# 访问列表元素：通过索引（从0开始）
print("列表的第一个元素:", my_list[0])
print("列表的最后一个元素:", my_list[-1]) # 负数索引从末尾开始计数

# 修改列表元素
my_list[0] = 100
print("修改第一个元素后:", my_list)

# 添加元素
my_list.append("orange") # 在列表末尾添加
print("添加 'orange' 后:", my_list)

my_list.insert(1, "grape") # 在指定位置插入
print("在索引1处插入 'grape' 后:", my_list)

# 删除元素
my_list.remove("banana") # 删除指定值的第一个匹配项
print("删除 'banana' 后:", my_list)

popped_element = my_list.pop() # 删除并返回列表末尾的元素
print("弹出元素:", popped_element)
print("弹出后列表:", my_list)

del my_list[0] # 删除指定索引的元素
print("删除索引0的元素后:", my_list)

# 列表切片 (Slicing): 获取列表的一部分
sub_list = my_list[1:3] # 从索引1到索引3（不包括3）
print("列表切片 (索引1到3):", sub_list)

# 列表长度
print("列表的长度:", len(my_list))

# --- 2. 元组 (Tuple) ---
# 元组是不可变的（不能修改），有序的集合。用圆括号 () 表示。
# 一旦创建，元组的元素就不能被改变。

my_tuple = (10, 20, "cherry", False)
print("原始元组:", my_tuple)

# 访问元组元素：与列表类似，通过索引
print("元组的第一个元素:", my_tuple[0])

# 尝试修改元组元素会报错 (TypeError)
# my_tuple[0] = 100 # 这行代码会引发错误

# 元组的长度
print("元组的长度:", len(my_tuple))

# --- 3. 字典 (Dictionary) ---
# 字典是无序的键值对 (key-value pairs) 集合。用花括号 {} 表示。
# 每个键(key)必须是唯一的，且通常是字符串或数字。

my_dict = {
    "name": "Alice",
    "age": 30,
    "city": "New York"
}
print("原始字典:", my_dict)

# 访问字典元素：通过键
print("姓名:", my_dict["name"])
print("年龄:", my_dict.get("age")) # 使用 .get() 方法访问更安全，键不存在时返回 None 而不是报错

# 添加或修改字典元素
my_dict["occupation"] = "Engineer" # 添加新键值对
my_dict["age"] = 31 # 修改已有键的值
print("修改后字典:", my_dict)

# 删除字典元素
del my_dict["city"]
print("删除 'city' 后字典:", my_dict)

# 获取所有键、所有值、所有键值对
print("所有键:", my_dict.keys())
print("所有值:", my_dict.values())
print("所有键值对:", my_dict.items())

# 字典的长度
print("字典的长度:", len(my_dict))

# --- 4. 集合 (Set) ---
# 集合是无序的，不重复的元素集合。用花括号 {} 表示，或者用 set() 函数创建。
# 集合主要用于成员测试和消除重复元素。

my_set = {1, 2, 3, 3, 4, 5}
print("原始集合 (重复元素被自动移除):", my_set)

another_set = set([4, 5, 6, 6, 7]) # 从列表创建集合
print("另一个集合:", another_set)

# 添加元素
my_set.add(6)
print("添加元素6后:", my_set)

# 删除元素
my_set.remove(1) # 如果元素不存在会报错
print("删除元素1后:", my_set)

my_set.discard(10) # 如果元素不存在不会报错
print("尝试删除不存在的元素10后:", my_set)

# 集合操作：并集、交集、差集
set_union = my_set.union(another_set) # 并集
print("并集:", set_union)

set_intersection = my_set.intersection(another_set) # 交集
print("交集:", set_intersection)

set_difference = my_set.difference(another_set) # 差集 (my_set 中有但 another_set 中没有的)
print("差集:", set_difference)

# 集合的长度
print("集合的长度:", len(my_set))


# --- 章节总结 ---
# 1. 列表 (list): 有序，可变，用 []。
# 2. 元组 (tuple): 有序，不可变，用 ()。
# 3. 字典 (dict): 无序，键值对，用 {}，键唯一。
# 4. 集合 (set): 无序，不重复元素，用 {} 或 set()。