Python应用中的默认字典

Python应用中的默认字典在Python的collections模块中,有一种叫做defaultdict的数据结构,它是dict类的一个子类,它能够自动为字典中不存在的键提供默认值。

一、默认字典概述

在Python的collections模块中,有一种叫做defaultdict的数据结构,它是dict类的一个子类,它能够自动为字典中不存在的键提供默认值。

    from collections import defaultdict
    
    # 设置列表为默认值
    d = defaultdict(list)
    
    # 字典中没有key为"name"的键,则插入键"name",值为[],即一个空列表
    # 并将返回值作为这个列表的引用
    d["name"].append("John")

在默认字典中,如果访问字典中不存在的键,则默认会自动创建这个键并且对应的值是在创建defaultdict时所指定的默认值,最常见的情况就是使用列表为默认值。

二、默认字典的应用

默认字典的应用非常广泛,在以下几个方面,我们可以看到默认字典的强大和方便

1. 计数器Counter

Counter是collections模块中的一个计数器,它使用默认字典作为容器,用来计数相同元素出现的次数。

    from collections import Counter
    
    # 使用Counter统计列表中各元素出现的次数
    L = [1, 2, 1, 3, 2, 1, 2, 4, 5, 1]
    c = Counter(L)
    print(c)  # Counter({1: 4, 2: 3, 3: 1, 4: 1, 5: 1})

使用Counter的过程,实际上是为每个元素初始化一个默认值,并每次遍历到这个元素是增加计数器。

2. 节省代码行数

使用默认字典可以省去对键是否存在的判断,能大大减少代码行数。比如以下代码:

    # 对于每个键,统计它出现的次数,没有出现过则将次数初始化为0
    for key in keys:
        if key not in d:
            d[key] = 0
        d[key] += 1

这样的代码可以使用下面的代码来替代:

    for key in keys:
        d[key] += 1

3. 容器嵌套

在容器嵌套的情况下,使用默认字典可以避免键映射到不存在的值的情况,从而使代码更为紧凑。

    # 学生成绩均分统计(d为默认字典,可以方便地追加学生成绩)
    d = defaultdict(list)
    for name, score in scores:
        d[name].append(score)

    # 输出每位学生平均分
    for name, scores in d.items():
        avg_score = sum(scores) / len(scores)
        print(f"{name}: {avg_score}")

三、默认字典的用法

虽然默认字典非常便利实用,但是需要注意以下几个问题:

1. 默认值需要可迭代

当我们使用默认字典来创建一个默认空列表的时候,在将这个列表元素加入到默认字典中时,需要的是一个可迭代的对象。

    from collections import defaultdict
    
    d = defaultdict(list)
    d["name"].append("John")  # 正确
    d["name"].append("Mike")  # 正确

    d["name"] = "John"  # 错误,字符串不可迭代

2. 默认值的函数要注意副作用

在使用默认值函数时,需要注意函数是否有副作用,建议使用lambda表达式。

    # 正确方式:不具有副作用的lambda表达式
    d = defaultdict(lambda: [])

    # 错误方式:具有副作用的函数
    def foo():
        print("hello")
        return []
    d = defaultdict(foo)
    d[1]  # 输出"hello",并返回一个空列表
    d[2]  # 输出"hello",并返回一个空列表

3. 默认值函数的应用

我们可以任意定制默认值函数,比如追踪创建了哪些键:

    def key_tracker():
        c = []
        def tracker():
            c.append(len(c))
            return []
        return tracker

    tracker = key_tracker()
    d = defaultdict(tracker)

    _ = d["name1"]
    _ = d["name2"]
    _ = d["name3"]

    print(tracker())  # [0, 1, 2]

四、总结

Python中的默认字典可谓是一个功能强大且便捷实用的数据结构,它大大了简化了容器中键的初始化和增加操作。在实际的Python开发中,我们可以充分发挥其威力,优化代码,简化程序逻辑。

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