Python 编程：从零基础到精通

模块一：环境与基础

第5课 - 字典（Dictionary）与集合（Set）

学习目标

通过本节课的学习，你将能够：

理解并创建字典，掌握通过键（Key）访问和操作值（Value）的方法。
熟悉字典的常用方法，如get(), keys(), values(), items()以及遍历字典。
理解集合作为无序、不重复元素集合的特性，并掌握其基本操作（创建、添加、删除）。
利用集合进行高效的成员关系测试和去重操作。

核心概念

1. 字典（Dictionary）：像一本通讯录 想象一本通讯录：左边是姓名，右边是电话号码。姓名是唯一的，我们通过姓名快速找到对应的号码。在Python中，字典就是这样的结构，它存储的是键值对（Key-Value Pair）。

键（Key）：就像通讯录里的姓名，必须是唯一的（不能有重复），并且是不可变的数据类型（如字符串、数字、元组）。
值（Value）：就像电话号码，可以是任何数据类型，并且可以重复。
花括号 {}：用来定义一个字典。

2. 集合（Set）：像一个班级名单 想象一下班级花名册，它的特点是：没有顺序（谁先谁后不重要），并且每个人名只出现一次（自动去重）。集合就是这样一个无序的、元素不重复的容器。

特性：主要用于成员关系测试（判断某个元素是否在集合中）和消除重复元素。
花括号 {} 或 set()：创建集合。但注意，创建空集合必须用 set()，因为 {} 创建的是一个空字典。
集合中的元素也必须是不可变的。

代码示例

# =========== 字典 (Dictionary) ===========
# 1. 创建字典
student_score = {'Alice': 95, 'Bob': 82, 'Charlie': 88}
# 注意：键'Alice'，'Bob'，'Charlie'是字符串类型，且唯一。

# 2. 访问字典中的值：通过键来获取
print("Alice的成绩是:", student_score['Alice']) # 输出: 95

# 3. 修改和添加元素
student_score['Bob'] = 90 # 修改Bob的成绩
student_score['David'] = 92 # 添加一个新的键值对
print("更新后的字典:", student_score)

# 4. 删除元素
del student_score['Charlie'] # 删除Charlie
print("删除Charlie后:", student_score)

# 5. 常用方法
print("所有学生:", student_score.keys())   # 获取所有键
print("所有成绩:", student_score.values()) # 获取所有值
print("所有条目:", student_score.items())  # 获取所有键值对（元组列表）

# 安全的访问方式：使用 get() 方法，当键不存在时不会报错，而是返回默认值（如None或自定义值）
print("Eve的成绩:", student_score.get('Eve'))         # 输出: None
print("Eve的成绩（默认0）:", student_score.get('Eve', 0)) # 输出: 0

# 6. 遍历字典
print("\n遍历字典:")
for name, score in student_score.items():
    print(f"{name}的成绩是{score}分")

# =========== 集合 (Set) ===========
# 1. 创建集合
# 注意：直接用{}创建，如果里面是键值对，就是字典；如果只有元素，就是集合
my_list = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique_numbers = set(my_list) # 从列表创建集合，自动去重
print("\n去重后的集合:", unique_numbers) # 输出可能是 {1, 2, 3, 4, 5}（顺序不保证）

# 2. 集合的添加和删除
unique_numbers.add(6)      # 添加元素6
print("添加6后:", unique_numbers)
unique_numbers.remove(3)   # 删除元素3，如果元素不存在会报错
print("删除3后:", unique_numbers)
unique_numbers.discard(10) # 删除元素10，如果元素不存在也不会报错（安全删除）
print("discard 10后:", unique_numbers)

# 3. 集合运算（非常强大）
set_a = {1, 2, 3, 4}
set_b = {3, 4, 5, 6}
print("\n集合A:", set_a)
print("集合B:", set_b)

print("交集 (A & B):", set_a & set_b)   # {3, 4}
print("并集 (A | B):", set_a | set_b)   # {1, 2, 3, 4, 5, 6}
print("差集 (A - B):", set_a - set_b)   # {1, 2} 属于A但不属于B
print("对称差集 (A ^ B):", set_a ^ set_b) # {1, 2, 5, 6} 不同时属于A和B的元素

# 4. 成员关系测试（速度极快）
print("\n判断元素是否存在:")
print("1 在集合A中吗？", 1 in set_a)   # True
print("5 在集合A中吗？", 5 in set_a)   # False

实践练习

练习一（基础）：创建一个学生信息字典 创建一个字典 student，包含以下键值对：

name: "小明"
age: 15
hobbies: ["篮球", "编程", "阅读"] 然后，打印出该学生的所有爱好（提示：如何访问列表类型的值）。

练习二（进阶）：字典遍历与统计 给定一个列表 words = ['apple', 'banana', 'apple', 'orange', 'banana', 'apple']。编写代码，创建一个字典 word_count，用于统计每个单词出现的次数。预期输出：{'apple': 3, 'banana': 2, 'orange': 1} （提示：遍历列表，以单词为键，出现次数为值）

练习三（应用）：利用集合去重 给定两个列表： list1 = [1, 2, 3, 4, 5] list2 = [4, 5, 6, 7, 8] 请完成以下操作：

将 list1 和 list2 合并，去除所有重复的数字，并将结果存入一个新列表 merged_unique。
找出同时存在于 list1 和 list2 中的数字，存入列表 common。（提示：思考如何使用集合的运算或方法来简化你的代码）

常见错误

用列表作为字典的键：字典的键必须是不可变的（可哈希的），列表是可变的，因此会报错。例如：{[1,2]: "value"} 是错误的。
混淆创建空字典和空集合：{} 创建的是空字典，set() 创建的是空集合。这是一个非常经典的坑。
直接访问字典中不存在的键：使用 [] 访问不存在的键会引发 KeyError。应养成使用 .get() 方法的习惯。
忘记集合是无序的：不能通过索引（如 set[0]）访问集合中的元素，因为它们没有固定的顺序。
试图修改集合中的元素：集合中的元素必须是不可变的（如数字、字符串、元组），不能包含列表、字典等可变对象。

小结

字典是键值对的集合，通过唯一的键来快速存取值，非常适合表示具有属性的事物（如学生信息、商品详情）。
集合是唯一元素的无序集，核心优势在于去重和高效的集合运算（交、并、差、对称差），以及快速的成员关系测试。
记住创建它们的区别：{'key':'value'} 是字典，{'element'} 是集合，set() 是空集合。
当需要将信息与一个标识符（键）关联时，使用字典。当只关心元素是否存在或需要去除重复时，使用集合。

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