數據結構聽起來是一個非常直截了當的話題，但許多數據科學和分析的新手并不知道它是什麼。當我詢問這些人關于Python中不同的數據結構以及它們是如何工作的時，他們一片空白。
Python是一種很容易學習的編程語言，但是我們需要先弄清楚我們的基本知識，然後再深入研究有吸引力的機器學習。這是因為在我們執行的每一個數據探索任務背後，甚至在我們采取的分析步驟背後，都有一個數據存儲和組織的基本元素。
而且這是一個無需考慮的問題——當我們高效地存儲數據時，提取信息變得非常容易。由于我們的代碼運行得更快，我們節省了大量的時間——誰不希望這樣呢？
所以我希望你掌握Python中的數據結構。
在本文中，我們将探讨Python中的基本内置數據結構，當你在現實世界中處理數據時，這些結構将非常有用。所以無論你是數據科學家還是分析師，這篇文章對你來說都同樣重要。
數據結構是高效存儲和組織數據的一種方法。這将允許你輕松訪問和執行數據操作。
在數據結構方面，沒有一種适合所有類型的模型。你将需要以不同的方式存儲數據，以滿足一時需要。也許你想把所有類型的數據存儲在一起，或者你想要一些更快的數據搜索，或者一些隻存儲不同數據項的東西。
幸運的是，Python有許多内置的數據結構，可以幫助我們輕松地組織數據。因此，有必要先了解這些，以便我們在處理數據時，确切地知道哪些數據結構将有效地解決我們的目的。
Python中的列表是最通用的數據結構。它們用于存儲異構數據項，從整數到字符串，甚至是另一個列表！它們也是可變的，這意味着即使在創建列表之後，它們的元素也可以更改。
列表是通過将元素括在[]内創建的，每個項用逗号分隔：
由于列表中的每個元素都有自己不同的位置，因此在列表中具有重複的值不是問題：
要訪問列表的元素，我們使用索引。列表中的每個元素都有一個與其相關的索引，這取決于它在列表中的位置。列表的第一個元素有索引0，下一個元素有索引1，依此類推。列表的最後一個元素的索引小于列表的長度。
但索引不一定總是正的，也可能是負的。你認為負索引意味着什麼？
正索引從列表開始開始計數，而負索引從列表末尾開始計數。如果我們想從列表的末尾返回第n個元素，這就避免了我們必須執行的瑣碎計算。因此，對于列表的最後一項，我們不需要返回List_name[len(List_name)-1] 元素，隻需編寫List_name[-1]。
使用負索引，我們可以輕松地返回列表末尾的第n個元素。如果我們想從結尾返回第一個元素，或者最後一個索引，那麼關聯的索引是-1。類似地，倒數第二個元素的索引将是-2，依此類推。記住，第0個索引仍然引用列表中的第一個元素。
但是如果我們想返回列表中兩個位置之間的一系列元素呢？這叫做切片。我們要做的就是指定開始和結束索引，例如List_name[start : end]。
這裡要記住的一件重要的事情是，結束索引處的元素永遠不包含在内。隻返回從開start索引到等于end-1索引的元素。
我們可以使用append()或 insert() 方法向現有列表中添加新元素：
從列表中删除元素與添加元素一樣簡單，可以使用remove()或pop()方法完成：
大多數情況下，你将使用列表對元素進行排序。因此了解sort()方法非常重要。它允許你按升序或降序對列表元素進行就地排序：
但是當你想要對包含字符串元素的列表進行排序時，事情就變得有點棘手了。你如何比較兩個字符串？好吧，字符串值是使用字符串中字符的ASCII值排序的。字符串中的每個字符都有一個與其關聯的整數值。我們使用這些值對字符串進行排序。
在比較兩個字符串時，我們隻是從一開始比較每個字符的整數值。如果在兩個字符串中遇到相同的字符，我們隻需比較下一個字符，直到找到兩個不同的字符。當然，這是内部完成的，所以你不必擔心！
我們甚至可以通過簡單地使用 符号連接兩個或多個列表。這将返回一個新列表，其中包含兩個列表中的元素：
列表的一個非常有趣的應用是列表解析，它提供了一種創建新列表的簡潔方法。這些新列表是通過對現有列表的每個元素應用操作創建的。如果我們首先檢查一下如何使用舊的for循環來完成它：
現在，我們将看到如何使用列表理解簡潔地執行此操作：
看到區别了嗎？列表解析對于任何數據科學家來說都是一項有用的語法，因為你可以看到和編寫簡明易讀的代碼！
列表是Python中内置的數據結構。但我們可以使用它來創建用戶定義的數據結構。使用列表構建的兩種非常流行的用戶定義數據結構是棧和隊列。
棧是一個元素列表，其中元素的添加或删除是從列表的末尾開始的。把它想象成一堆書。當你需要從書堆中添加或删除一本書時，你可以從頂部開始。它使用了後進先出的簡單概念。
另一方面，隊列是一個元素列表，其中元素的添加發生在列表的末尾，而元素的删除則發生在列表的前面。你可以把它想象成現實世界中的一個隊列。當前面的人離開隊列時，隊列變短。當有新成員從末尾添加到隊列中時，隊列将變長。它使用先進先出的概念。
現在，作為一個數據科學家或分析師，你可能不是每天都在使用這個概念，但是當你必須構建自己的算法時，它肯定會幫助你！
元組是Python中另一種非常流行的内置數據結構。它們與列表非常相似，隻不過有一個區别，它們是不可變的。這意味着一旦生成元組，就不能添加、删除或編輯任何值。
我們将進一步探讨這個問題，但首先讓我們看看如何在Python中創建元組！
元組可以通過在（括号）内寫入值來生成，每個元素用逗号分隔。但是，即使你寫了一堆沒有任何括号的值并把它們賦給一個變量，你最終還是會得到一個元組！
好了，現在我們知道了如何創建元組，讓我們讨論一下不變性。
在Python中，任何在創建後不能修改的内容都是不可變的。Python語言可以分解為可變和不可變的對象。
列表、字典、集合（我們将在後面的章節中探讨這些）是可變對象，這意味着它們可以在創建後修改。另一方面，整數、浮點數、布爾值、字符串甚至元組都是不可變的對象。但是，是什麼使它們不可改變呢？
Python中的所有内容都是一個對象。所以我們可以使用内置的id()方法來檢查對象的内存位置。這被稱為對象的标識。讓我們創建一個列表并确定列表及其元素的位置：
如你所見，列表及其元素在内存中都有不同的位置。因為我們知道列表是可變的，所以我們可以改變其元素的值。讓我們這樣做，看看它如何影響：
列表的位置沒有改變，但元素的位置改變了。這意味着為元素創建了一個新對象并保存在列表中。這就是可變的意思。可變對象可以在創建後更改其狀态或内容，但不可變對象不能這樣做。
但是我們可以調用元組僞不可變，因為即使它們是不可變的，它們也可以包含其值可以修改的可變對象！
從上面的示例中可以看到，我們能夠更改元組中包含的不可變對象list的值。
元組打包和解包是一些有用的操作，你可以執行這些操作來将值賦給單行中另一個元組。
當我們制造元組時，我們已經看到了元組的打包。元組解包與打包相反。
它對于在一行中交換值非常有用。老實說，這是讓我對Python感到興奮的第一件事，能夠用這麼少的代碼做這麼多事情！
雖然我說過元組值不能更改，但實際上可以通過使用list（）将其轉換為列表來對其進行更改。完成更改後，可以再次使用tuple（）将其轉換回元組。
然而，這種更改非常昂貴，因為它需要複制元組。但是，當你不希望其他人更改數據結構的内容時，元組就派上了用場。
Dictionary是另一種Python數據結構，用于存儲不可變但無序的異構對象。這意味着當你試圖訪問這些元素時，它們的順序可能與你插入它們的順序不完全相同。
但是，使詞典與列表區别開來的是元素在其中的存儲方式。字典中的元素是通過它們的鍵值而不是它們的索引來訪問的，正如我們在列表中所做的那樣。所以字典包含鍵值對，而不僅僅是單個元素。
字典是通過{}括号内寫入鍵和值生成的。每個鍵值對用逗号分隔：
使用鍵，我們可以輕松提取關聯值：
這些鍵是獨一無二的。但是，即使字典中有多個項具有相同的鍵，項的值為最後一個鍵關聯的值：
字典對于快速訪問項非常有用，因為與列表和元組不同，字典不必遍曆所有找到值的項。字典使用哈希提高性能。
你可以使用 keys() 方法從字典訪問鍵，使用values()方法訪問值。我們可以使用for循環查看它們，也可以使用list()将它們轉換為列表：
我們甚至可以使用items()方法同時訪問這些值，該方法返回字典中每個元素的相應鍵值對。
有時不希望在列表或元組中多次出現同一個元素。在這裡，你可以使用集合數據結構。Set是一個無序但可變的元素集合，它隻包含唯一的值。
你将看到這些值的順序與在集合中輸入的順序不同。這是因為集合是無序的。
要向集合中添加值，請使用add()方法。它允許你添加除可變對象以外的任何值：
要從集合中移除值，有兩個選項可供選擇：
如果該值不存在，remove()将給出一個錯誤，而discard() 則不會。
使用Python集，你可以執行兩個集之間的并集、交集和差集等操作，就像在數學中一樣。
兩個集合的并集給出兩個集合的值。但這些值是獨一無二的。因此，如果兩個集合包含相同的值，則隻返回一個副本：
兩個集合的交集隻返回兩個集合共有的值：
一個集合與另一個集合的差集隻給出第一個集合中不存在的值：
Python是一種漂亮的語言。它為你提供了許多選項來更有效地處理數據。學習Python中的數據結構是你學習過程中的一個關鍵。
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