3. 编程的基石：数据结构

所谓数据结构，简单说就是一种容器，用来盛放数据，就如同杯子、盆子一样。编程的本质实际上就是对数据进行处理，当我们对数据处理之前，当然先得有容器去存放数据，我们存取数据都需要和数据结构打交道，因此数据结构就是编程的基石。

3.1 列表（list）

关于列表的概念，其实生活中随处可见，比如我们考试之后的排名表，音乐播放器中的播放列表……列表的特点就是一组有顺序的数据，在我们Python编程中，列表是一种特指的数据结构，也可以说是一种数据类型，与我们生活中理解的列表大致相同。

说完了理论概念，我们回到实际编程中，现在我们的课题是用Python来模拟实现音乐播放列表。
首先想像一下，一个音乐播放列表有哪些功能

1. 往列表中添加喜欢的音乐
2. 把不喜欢的音乐移除列表
3. 按顺序从列表中取一首音乐播放
4. 随机从列表中取音乐播放

理清楚了音乐列表的基本功能，那我们就开始模拟，我这里从网上找到一个经典老歌排行榜单，我就选取前五名作为数据

# 1.创建并初始化音乐列表
music = ["当年情","大海","李香兰","来生缘","真的爱你"]

print(music)
print(music[0])

运行结果：

['当年情', '大海', '李香兰', '来生缘', '真的爱你']
当年情

如上代码，我们先学一个新知识，第1行以#号开头，后面写了一句话，这在编程中叫注释，顾名思义，就是写个注解，担心时间太久以后自己看不懂代码了，因此注释是写给人看的，注释是不会被Python执行的，运行代码的时候，所有注释都会被忽略，简单说就是Python会假装看不见这一行，直接跳过。

在上面的代码中，我们创建了一个列表，并将这个列表赋值给变量music，我们可以看到，这个列表中有五个数据，这些数据都被双"括起来了，特别需要注意一点，列表中是使用英文下的逗号分隔，千万不能写成中文逗号，说明这五个数据是五个字符串，也就是五首歌名。运行这段代码，第一个print()函数输出了music这个列表中的内容，也就是装了哪些数据，第二个print()函数则输出了当年情，这是第一首歌的名字，第5行代码中，music[0]的意思是从music这个列表中取第一个元素，元素是指列表中存放的数据，music变量后面跟一对中括号[]，括号中写的就是想要取的元素的序号，这里要注意，在编程中，序号大都是从0开始的，因此music[0]取的是第一首歌，依次类推，music[4]取的就是最后一首歌名。

好了，说得太多，我们来看一看图

当我们打开Excel表格时，其实就很好理解列表了，如上图，这样有顺序的一组数据就是列表，元素的序号就是索引，从0开始。

我们接着写代码

# 1.创建并初始化音乐列表
music = ["当年情","大海","李香兰","来生缘","真的爱你"]
print(music)

# 2.往列表后面添加一个元素
music.append("你的眼神")
print(music)

运行结果：

['当年情', '大海', '李香兰', '来生缘', '真的爱你']
['当年情', '大海', '李香兰', '来生缘', '真的爱你', '你的眼神']

我们之前理定的功能，第一个就是往列表中添加喜欢的音乐，如上代码，我们通过调用列表的append()函数，实现向列表最后添加元素。append是追加的意思，也就是往最后面添加。我们添加一首歌之后，再次调用print函数打印输出music列表中的所有元素

让我们写代码再添加两首歌，并依次从列表中取出歌名

music = ["当年情", "大海", "李香兰", "来生缘", "真的爱你"]
music.append("你的眼神")
music.append("都是夜归人")
music.append("雨中的恋人们")

print(music[0])
print(music[1])
print(music[2])
print(music[3])
print(music[4])
print(music[5])
print(music[6])
print(music[7])

运行结果：

当年情
大海
李香兰
来生缘
真的爱你
你的眼神
都是夜归人
雨中的恋人们

好了，接下来我们在说一说如何从歌曲列表中移除一首

music = ["当年情", "大海", "李香兰", "来生缘", "真的爱你", "你的眼神", "都是夜归人", "雨中的恋人们"]

print(music)

# 移除索引为1的元素
music.pop(1)
print(music)

# 移除索引为0的元素
music.pop(0)
print(music)

运行结果：

['当年情', '大海', '李香兰', '来生缘', '真的爱你', '你的眼神', '都是夜归人', '雨中的恋人们']
['当年情', '李香兰', '来生缘', '真的爱你', '你的眼神', '都是夜归人', '雨中的恋人们']
['李香兰', '来生缘', '真的爱你', '你的眼神', '都是夜归人', '雨中的恋人们']

这次我们的列表已经有8首歌了，我们调用列表的pop()函数来移除指定的歌曲，该函数传入的参数就是我们前面说的元素的序号，即索引。第一次我们移除索引为1的歌曲，也就是第二首大海，这里要注意，每次移除元素之后的列表都发生了变化，下一个元素会占用之前元素的序号。这就好像我们排队的时候，中间走了一个人，后面的人就会马上跟进，是不会空出这个位置的。

遍历列表
所谓的遍历，就是指按顺序，从列表中一个一个的取数据，之前我们已经手动遍历过了，我们从music[0]一直写到music[7]，但这样显然是不靠谱的，假如列表中存了1000个元素呢？我们根本不可能手动去取，这时候我们就要借助之前讲过的for循环来做

music = ["当年情", "大海", "李香兰", "来生缘", "真的爱你", "你的眼神", "都是夜归人", "雨中的恋人们"]

for name in music:
    print(name)

输出结果：

当年情
大海
李香兰
来生缘
真的爱你
你的眼神
都是夜归人
雨中的恋人们

可以看到，这和我们之前手动去取是一样的效果，for循环上次简单解释过，这里的用法也大致相同，就是每次从music列表里取一个元素赋值给变量name，在for循环的语句块中，我们去执行操作，这里是打印输出name变量

可迭代对象这个概念暂时不用纠结，只要记住，列表就是一种可迭代对象就行。

好了，最后我们来实现一下随机选歌的功能，还记得上一章我们引入random模块生成随机整数的例子吗？

# 引入random模块
import random

music = ["当年情", "大海", "李香兰", "来生缘", "真的爱你", "你的眼神", "都是夜归人", "雨中的恋人们"]

# 调用random模块的choice函数，传入一个列表
name = random.choice(music)
print(name)

反复多次运行上面的代码，可以发现，每次都是随机从music列表取一首歌，这次我们仍然引入random模块，但是调用的是另外一个函数choice()，它的参数需要传入一个列表，然后随机从列表中取一个元素并返回，我们这里使用name变量保存返回值。

最后，我们来一个完整的使用列表（list）模拟歌曲播放列表的例子

import random

# 1.创建并初始化音乐列表
music = ["当年情", "大海", "李香兰", "来生缘", "真的爱你"]

# 2.往列表后面添加元素
music.append("你的眼神")
music.append("都是夜归人")
music.append("雨中的恋人们")

# 3.按顺序取出歌曲
for name in music:
    print("播放歌曲：", name)


# 4.随机取出歌曲
music_name = random.choice(music)
print("随机歌曲：", music_name)

补充
在上面的例子中，我们在创建的同时还初始化了列表，所谓初始化，就是在创建的同时还往列表中注入了数据，实际上我们在使用列表的时候，可以只创建一个空的列表而不填入数据。

data = []

print(data)

输出结果：

[]

另外，列表是可以装入多种类型的数据的，不仅仅是字符串，还可以是整数类型，可以是浮点类型（即小数），如下

data = ["张三", 20, 1.75]

print(data)

3.2 字典（dict）

字典也是Python中的一种数据结构，或者说是数据类型，正如其名，让我们回想一下新华字典有什么特点。总的来说，字典是一种配对关系，就是某个字或词对应一项解释，用数学的语言来形容这就是映射，一对一的关系。

其实这种映射关系在我们生活中也非常常见。比如说我们的身份证，上面的身份证号码和姓名就是一种映射关系，一个身份证号码对应一个姓名，姓名可能相同，但身份证号码绝不能相同，这一点也正好描述了Python字典（dict）的另一个特点，在Python的字典中，一条数据由两部分构成，分别称为键（key）和值（value），键的内容是不能相同的，也就是说不能重复，而值的内容可以相同。

让我们再来看一个例子

可以看到，邮政编码就是一种典型的映射关系，一个邮编对应一个市，是不会相同的。

说了这么多，赶紧写一下代码压压惊吧

# 创建一个空的字典
people = {}
print(people)

# 创建一个字典并初始化
info = ｛"4200010":"张三","4200011":"李四"｝
print(info)

运行结果：

{}
{'4200010': '张三', '4200011': '李四'}

可以看到，与前面学的列表不同，字典是用大括号括起来的，但每一项数据仍然使用逗号分隔，冒号的左右两边也就是我们上面说的键与值。这里再次强调，编程中写的一些符号都是英文下的，请将输入法切到英文状态再输入，别问为什么，因为编程都是老外发明的，你懂的。

如图，Python字典中存放的是一项数据，分别由键与值两部分构成，这一项数据，亦被称为字典中的一个元素。到这里我们就明白了，如果我们现在要做一个根据身份证号码查询姓名的小程序，那么就应该使用字典这种数据结构，而不是列表，同时，只能将身份证号码作为键，姓名作为值来存放，因为键是不允许重复的，但是值可以重复。

我们修改一下上面的代码，将两人的id都改为"4200010"

info = {"4200010": "张三", "4200010": "李四"}
print(info)

运行结果：

{'4200010': '李四'}

可以看到，键相同的两条数据无法同时存放到字典，并且后面的一条数据覆盖了前面的。

最后看一下字典的常规使用

# 创建一个空的字典
code = {}

# 向字典中添加数据
code["510000"] = "广州市"
code["516600"] = "汕尾市"
code["516500"] = "陆丰市"
code["529500"] = "阳江市"

print(code)

# 根据键查询值
print("邮编：516500 对应的市是", code["516500"])

# 删除一条数据
code.pop("529500")
print(code)

运行结果：

{'510000': '广州市', '516600': '汕尾市', '516500': '陆丰市', '529500': '阳江市'}
邮编：516500 对应的市是 陆丰市
{'510000': '广州市', '516600': '汕尾市', '516500': '陆丰市'}

向字典添加数据也是很简单的，通过字典变量[键]=值的形式添加。这里需要注意一点，通常可以使用整数类型和字符串类型的数据作为键，但是涉及到id之类的情况，比如身份证号，建议使用字符串作为id类型，因为身份证通常18位数字，如果用整数类型基本没法表示了，18位已经是一个天文数字了，但是字符串类型就没关系了，因为它表示的只是文本符号，不是能用于计算的数字，另外001之类的id同样无法用整数表示，因为十进制整数不能0开头，用字符串"001"表示就没问题了。

编写查词小程序
基础知识讲得太多未免无趣，那就开始写一个小例子吧，我们编写一个查单词的小程序

# 首先创建一个单词字典
word_dict = {
    "meet": "v.会面", "family": "n.家庭",
    "read": "v.阅读，读", "grandfather": "n.祖父，外祖父",
    "grandmother": "n. 祖母，外祖母", "father": "n.父亲",
    "mother": "n.母亲", "brother": "n.兄弟", "sister": "n.姐妹",
    "hi": "喂，你好", "same": "a.相同的",
    "flat": "n.套房,公寓", "all": "a.&pron.所有的",
    "live": "v.&n.住，生活"
}

while True:
    # 接收用户的输入，并保存到word变量中
    word = input("请输入单词：")
    print(word_dict[word])

就这么几行代码，我们就编写了一个类似电子词典的程序。运行起来就可以愉快的查单词了，虽然我们的词汇表很少。我们经过多次测试发现这个程序有一个问题，那就是查询一个不在单词表中的单词就会报错退出，让我们改进一下这个程序

word_dict = {
    "meet": "v.会面", "family": "n.家庭",
    "read": "v.阅读，读", "grandfather": "n.祖父，外祖父",
    "grandmother": "n. 祖母，外祖母", "father": "n.父亲",
    "mother": "n.母亲", "brother": "n.兄弟", "sister": "n.姐妹",
    "hi": "喂，你好", "same": "a.相同的",
    "flat": "n.套房,公寓", "all": "a.&pron.所有的",
    "live": "v.&n.住，生活"
}

while True:
    # 接收用户的输入，并保存到word变量中
    word = input("请输入单词：")

    result = word_dict.get(word, -1)

    if result == -1:
        print("对不起，查询不到：", word)
    else:
        print(result)

测试结果：

请输入单词：xxx
对不起，查询不到： xxx
请输入单词：read
v.阅读，读
请输入单词：

这里首先解释一下，为什么之前查询单词会报错退出，这是因为使用字典变量[键]这种方式从字典中取数据时，如果这个键不存在字典中就会报错，所以不建议使用这种方式从字典中取数据，我们改进之后的代码中，调用了字典的get()函数来取数据，好处就是即使查询的键不存在也不会报错。要注意，我们现在又新学了一个字典的函数get，这个函数可以传两个参数，第一个就是需要查询的键，第二个参数就是默认值。这里默认值是做什么的呢？所谓默认值，就是当我们要查询的键在这个字典中不存在时返回的值。

这里result = word_dict.get(word, -1)这句代码的意思就是说，从word_dict字典中查询键为word的那条数据的值，并保存到变量result中，如果查不到word这个键，那么变量result的值就等于-1。有了这个设定，后面的代码就很好理解了，result == -1那肯定就是查不到嘛，我们就输出一个提示，如果不等于-1，那肯定就是查到了。

补充：
之前我们写的猜数字小游戏仍有一些瑕疵，但为了降低难度我们没有一次就完善它，这里再对它做一个改进

import random


random_number = random.randint(1, 100)

for i in range(8):
    n = input("请猜一个数字：")
    num = int(n)

    if num == random_number:
        print("恭喜你，猜对了呢！")
        break
    elif i == 7:
        print("您第8次仍未猜中，游戏结束")
    elif num > random_number:
        print("你猜的数字大了呢！")
    else:
        print("你猜的数字小了呢！")

看到上面的核心代码，我们在复合判断语句中又加了一个elif i == 7:的语句块，之前我们说过，要控制游戏的次数，这里我们指定的是8次，变量i是从0开始的，当i == 7:的时候实际上就已经是第8次了，那么就是说，如果走到elif i == 7:时，玩家仍然没有猜对数字，因此我们在这里打印输出一个提示。

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