如何在Python中使用collections模塊

如何在Python中使用collections模塊？針對(duì)這個(gè)問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

一、deque

用途：雙端隊(duì)列，頭部和尾部都能以O(shè)(1)時(shí)間復(fù)雜度插入和刪除元素。類似于列表的容器

所謂雙端隊(duì)列，就是兩端都能操作，與Python內(nèi)置的list區(qū)別在于：頭部插入與刪除的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)，來個(gè)栗子感受一下：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# __author__ = 'liao gao xiang'

"""
保留最后n個(gè)元素
"""
from collections import deque


def search(file, pattern, history=5):
 previous_lines = deque(maxlen=history)
 for l in file:
 if pattern in l:
  yield l, previous_lines # 使用yield表達(dá)式的生成器函數(shù)，將搜索過程的代碼和搜索結(jié)果的代碼解耦
 previous_lines.append(l)


with open(b'file.txt', mode='r', encoding='utf-8') as f:
 for line, prevlines in search(f, 'Python', 5):
 for pline in prevlines:
  print(pline, end='')
 print(line, end='')

d = deque()
d.append(1)
d.append("2")
print(len(d))
print(d[0], d[1])
d.extendleft([0])
print(d)
d.extend([6, 7, 8])
print(d)

d2 = deque('12345')
print(len(d2))
d2.popleft()
print(d2)
d2.pop()
print(d2)

# 在隊(duì)列兩端插入或刪除元素時(shí)間復(fù)雜度都是 O(1) ，區(qū)別于列表，在列表的開頭插入或刪除元素的時(shí)間復(fù)雜度為 O(N)
d3 = deque(maxlen=2)
d3.append(1)
d3.append(2)
print(d3)
d3.append(3)
print(d3)

輸出結(jié)果如下

人生苦短
我用Python
2
1 2
deque([0, 1, '2'])
deque([0, 1, '2', 6, 7, 8])
5
deque(['2', '3', '4', '5'])
deque(['2', '3', '4'])
deque([1, 2], maxlen=2)
deque([2, 3], maxlen=2)

因此，如果你遇到經(jīng)常操作列表頭的場景，使用deque最好。deque類的所有方法，自行操作一遍就知道了。

class deque(object):
 """
 deque([iterable[, maxlen]]) --> deque object
 
 A list-like sequence optimized for data accesses near its endpoints.
 """
 def append(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Add an element to the right side of the deque. """
 pass

 def appendleft(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Add an element to the left side of the deque. """
 pass

 def clear(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Remove all elements from the deque. """
 pass

 def copy(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Return a shallow copy of a deque. """
 pass

 def count(self, value): # real signature unknown; restored from __doc__
 """ D.count(value) -> integer -- return number of occurrences of value """
 return 0

 def extend(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Extend the right side of the deque with elements from the iterable """
 pass

 def extendleft(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Extend the left side of the deque with elements from the iterable """
 pass

 def index(self, value, start=None, stop=None): # real signature unknown; restored from __doc__
 """
 D.index(value, [start, [stop]]) -> integer -- return first index of value.
 Raises ValueError if the value is not present.
 """
 return 0

 def insert(self, index, p_object): # real signature unknown; restored from __doc__
 """ D.insert(index, object) -- insert object before index """
 pass

 def pop(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Remove and return the rightmost element. """
 pass

 def popleft(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Remove and return the leftmost element. """
 pass

 def remove(self, value): # real signature unknown; restored from __doc__
 """ D.remove(value) -- remove first occurrence of value. """
 pass

 def reverse(self): # real signature unknown; restored from __doc__
 """ D.reverse() -- reverse *IN PLACE* """
 pass

 def rotate(self, *args, **kwargs): # real signature unknown
 """ Rotate the deque n steps to the right (default n=1). If n is negative, rotates left. """
 pass

這里提示一下，有些函數(shù)對(duì)隊(duì)列進(jìn)行操作，但返回值是None，比如reverse()反轉(zhuǎn)隊(duì)列，rotate(1)將隊(duì)列中元素向右移1位，尾部的元素移到頭部。

二、defaultdict

用途：帶有默認(rèn)值的字典。父類為Python內(nèi)置的dict

字典帶默認(rèn)值有啥好處？舉個(gè)栗子，一般來講，創(chuàng)建一個(gè)多值映射字典是很簡單的。但是，如果你選擇自己實(shí)現(xiàn)的話， 那么對(duì)于值的初始化可能會(huì)有點(diǎn)麻煩，你可能會(huì)像下面這樣來實(shí)現(xiàn)：

d = {}
for key, value in pairs:
 if key not in d:
 d[key] = []
 d[key].append(value)

如果使用 defaultdict 的話代碼就更加簡潔了：

d = defaultdict(list)
for key, value in pairs:
 d[key].append(value)

defaultdict 的一個(gè)特征是它會(huì)自動(dòng)初始化每個(gè) key 剛開始對(duì)應(yīng)的值，所以你只需要 關(guān)注添加元素操作了。比如：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# __author__ = 'liao gao xiang'

# 字典中的鍵映射多個(gè)值
from collections import defaultdict

d = defaultdict(list)
print(d)
d['a'].append([1, 2, 3])
d['b'].append(2)
d['c'].append(3)

print(d)

d = defaultdict(set)
print(d)
d['a'].add(1)
d['a'].add(2)
d['b'].add(4)

print(d)

輸出結(jié)果如下：

defaultdict(<class 'list'>, {})
defaultdict(<class 'list'>, {'a': [[1, 2, 3]], 'b': [2], 'c': [3]})
defaultdict(<class 'set'>, {})
defaultdict(<class 'set'>, {'a': {1, 2}, 'b': {4}})

三、namedtuple()

用途：創(chuàng)建命名字段的元組。工廠函數(shù)

namedtuple主要用來產(chǎn)生可以使用名稱來訪問元素的數(shù)據(jù)對(duì)象，通常用來增強(qiáng)代碼的可讀性， 在訪問一些tuple類型的數(shù)據(jù)時(shí)尤其好用。

比如我們用戶擁有一個(gè)這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)對(duì)象是擁有三個(gè)元素的tuple。使用namedtuple方法就可以方便的通過tuple來生成可讀性更高也更好用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

from collections import namedtuple

websites = [
 ('Sohu', 'http://www.sohu.com/', u'張朝陽'),
 ('Sina', 'http://www.sina.com.cn/', u'王志東'),
 ('163', 'http://www.163.com/', u'丁磊')
]

Website = namedtuple('Website', ['name', 'url', 'founder'])

for website in websites:
 website = Website._make(website)
 print website


# 輸出結(jié)果:
Website(name='Sohu', url='http://www.sohu.com/', founder=u'\u5f20\u671d\u9633')
Website(name='Sina', url='http://www.sina.com.cn/', founder=u'\u738b\u5fd7\u4e1c')
Website(name='163', url='http://www.163.com/', founder=u'\u4e01\u78ca')

注意，namedtuple是函數(shù)，不是類。

四、Counter

用途：統(tǒng)計(jì)可哈希的對(duì)象。父類為Python內(nèi)置的dict

尋找序列中出現(xiàn)次數(shù)最多的元素。假設(shè)你有一個(gè)單詞列表并且想找出哪個(gè)單詞出現(xiàn)頻率最高：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# __author__ = 'liao gao xiang'

from collections import Counter

words = [
 'look', 'into', 'my', 'eyes', 'look', 'into', 'my', 'eyes',
 'the', 'eyes', 'the', 'eyes', 'the', 'eyes', 'not', 'around', 'the',
 'eyes', "don't", 'look', 'around', 'the', 'eyes', 'look', 'into',
 'my', 'eyes', "you're", 'under'
]

word_counts = Counter(words)

# 出現(xiàn)頻率最高的三個(gè)單詞
top_three = word_counts.most_common(3)
print(top_three)
# Outputs [('eyes', 8), ('the', 5), ('look', 4)]
print(word_counts['eyes'])

morewords = ['why', 'are', 'you', 'not', 'looking', 'in', 'my', 'eyes']

# 如果你想手動(dòng)增加計(jì)數(shù)，可以簡單的用加法：
for word in morewords:
 print(word)
 word_counts[word] += 1
print(word_counts['eyes'])

結(jié)果如下：

[('eyes', 8), ('the', 5), ('look', 4)]
8
why
are
you
not
looking
in
my
eyes
9

因?yàn)镃ounter繼承自dict，所有dict有的方法它都有（defaultdict和OrderedDict也是的），Counter自己實(shí)現(xiàn)或重寫了6個(gè)方法：

• most_common(self, n=None),

• elements(self)

• fromkeys(cls, iterable, v=None)

• update(*args, **kwds)

• subtract(*args, **kwds)

• copy(self)

五、OrderedDict

用途：排序的字段。父類為Python內(nèi)置的dict

OrderedDict在迭代操作的時(shí)候會(huì)保持元素被插入時(shí)的順序，OrderedDict內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)根據(jù)鍵插入順序排序的雙向鏈表。每次當(dāng)一個(gè)新的元素插入進(jìn)來的時(shí)候，它會(huì)被放到鏈表的尾部。對(duì)于一個(gè)已經(jīng)存在的鍵的重復(fù)賦值不會(huì)改變鍵的順序。

需要注意的是，一個(gè)OrderedDict的大小是一個(gè)普通字典的兩倍，因?yàn)樗鼉?nèi)部維護(hù)著另外一個(gè)鏈表。 所以如果你要構(gòu)建一個(gè)需要大量OrderedDict 實(shí)例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候(比如讀取100,000行CSV數(shù)據(jù)到一個(gè) OrderedDict 列表中去)，那么你就得仔細(xì)權(quán)衡一下是否使用 OrderedDict帶來的好處要大過額外內(nèi)存消耗的影響。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# __author__ = 'liao gao xiang'

from collections import OrderedDict

d = OrderedDict()
d['foo'] = 1
d['bar'] = 2
d['spam'] = 3
d['grok'] = 4
# d['bar'] = 22 #對(duì)于一個(gè)已經(jīng)存在的鍵，重復(fù)賦值不會(huì)改變鍵的順序
for key in d:
 print(key, d[key])

print(d)

import json

print(json.dumps(d))

結(jié)果如下：

• foo 1

• bar 2

• spam 3

• grok 4

• OrderedDict([('foo', 1), ('bar', 2), ('spam', 3), ('grok', 4)])

• {"foo": 1, "bar": 2, "spam": 3, "grok": 4}

OrderDict實(shí)現(xiàn)或重寫了如下方法。都是干嘛的？這個(gè)留給大家當(dāng)課后作業(yè)了^_^

• clear(self)

• popitem(self, last=True)

• move_to_end(self, key, last=True)

• keys(self)

• items(self)

• values(self)

• pop(self, key, default=__marker)

• setdefault(self, key, default=None)

• copy(self)

• fromkeys(cls, iterable, value=None)

六、ChainMap

用途：創(chuàng)建多個(gè)可迭代對(duì)象的集合。類字典類型

很簡單，如下：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# __author__ = 'liao gao xiang'

from collections import ChainMap
from itertools import chain

# 不同集合上元素的迭代
a = [1, 2, 3, 4]
b = ('x', 'y', 'z')
c = {1, 'a'}

# 方法一，使用chain
for i in chain(a, b, c):
 print(i)
print('--------------')
# 方法二，使用chainmap
for j in ChainMap(a, b, c):
 print(j)

# 這兩種均為節(jié)省內(nèi)存，效率更高的迭代方式

一個(gè) ChainMap 接受多個(gè)字典并將它們?cè)谶壿嬌献優(yōu)橐粋€(gè)字典。然后，這些字典并不是真的合并在一起了，ChainMap 類只是在內(nèi)部創(chuàng)建了一個(gè)容納這些字典的列表并重新定義了一些常見的字典操作來遍歷這個(gè)列表。大部分字典操作都是可以正常使用的，比如：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# __author__ = 'liao gao xiang'

# 合并多個(gè)字典和映射
a = {'x': 1, 'z': 3}
b = {'y': 2, 'z': 4}
# 現(xiàn)在假設(shè)你必須在兩個(gè)字典中執(zhí)行查找操作
# (比如先從 a 中找，如果找不到再在 b 中找)。
# 一個(gè)非常簡單的解決方案就是使用collections模塊中的ChainMap類
from collections import ChainMap

c = ChainMap(a, b)

print(c)
a['x'] = 11 # 使用ChainMap時(shí)，原字典做了更新，這種更新會(huì)合并到新的字典中去

print(c) # 按順序合并兩個(gè)字典
print(c['x'])
print(c['y'])
print(c['z'])

# 對(duì)于字典的更新或刪除操作影響的總是列中的第一個(gè)字典。
c['z'] = 10
c['w'] = 40
del c['x']
print(a)
# del c['y']將出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)

# ChainMap對(duì)于編程語言中的作用范圍變量（比如globals,locals等）
# 是非常有用的。事實(shí)上，有一些方法可以使它變得簡單：
values = ChainMap() # 默認(rèn)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)空字典
print('\t', values)
values['x'] = 1
values = values.new_child() # 添加一個(gè)空字典
values['x'] = 2
values = values.new_child()
values['x'] = 30
# values = values.new_child()
print(values, values['x']) # values['x']輸出最后一次添加的值
values = values.parents # 刪除上一次添加的字典
print(values['x'])
values = values.parents
print(values)

a = {'x': 1, 'y': 2}
b = {'y': 2, 'z': 3}
merge = dict(b)
merge.update(a)
print(merge['x'], merge['y'], merge['z'])
a['x'] = 11
print(merge['x'])

輸出結(jié)果如下：

ChainMap({'x': 1, 'z': 3}, {'y': 2, 'z': 4})
ChainMap({'x': 11, 'z': 3}, {'y': 2, 'z': 4})
11
2
3
{'z': 10, 'w': 40}
     ChainMap({})
ChainMap({'x': 30}, {'x': 2}, {'x': 1}) 30
2
ChainMap({'x': 1})
1 2 3
1

作為ChainMap的替代，你可能會(huì)考慮使用 update() 方法將兩個(gè)字典合并。這樣也能行得通，但是它需要你創(chuàng)建一個(gè)完全不同的字典對(duì)象(或者是破壞現(xiàn)有字典結(jié)構(gòu))。同時(shí)，如果原字典做了更新，這種改變不會(huì)反應(yīng)到新的合并字典中去。

ChainMap實(shí)現(xiàn)或重寫了如下方法：

• get(self, key, default=None)

• fromkeys(cls, iterable, *args)

• copy(self)

• new_child(self, m=None)

• parents(self)

• popitem(self)

• pop(self, key, *args)

• clear(self)

七、UserDict、UserList、UserString

這三個(gè)類是分別對(duì) dict、list、str 三種數(shù)據(jù)類型的包裝，其主要是為方便用戶實(shí)現(xiàn)自己的數(shù)據(jù)類型。在 Python2 之前，這三個(gè)類分別位于 UserDict、UserList、UserString 三個(gè)模塊中，需要用類似于 from UserDict import UserDict 的方式導(dǎo)入。在 Python3 之后則被挪到了 collections 模塊中。這三個(gè)類都是基類，如果用戶要擴(kuò)展這三種類型，只需繼承這三個(gè)類即可。

關(guān)于如何在Python中使用collections模塊問題的解答就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識(shí)。