15 вещей, которые нужно знать о словарях Python
Практическое руководство по применению словарей Python. Для профи, хорошо знакомых со структурой dict, бонус об улучшенных словарях в модуле collections и применении словарей в библиотеке pandas.
1. Что такое словарь в Python?
Словари в Python – это изменяемые отображения
ссылок на объекты, доступные
по ключу. Словари
представляют собой структуры
данных, в которых уникальные
ключи отображают значения. Ключ и значение разделяются двоеточием, пары ключ-значения отделяются запятыми, а словарь целиком ограничивается фигурными скобками {}
. Ниже
приведены три словаря, содержащие
сведения о населении пяти крупнейших городов
Германии, список покупок и оценки студентов.
>>> population = {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056 } >>> products = {'table': 120, 'chair': 40, 'lamp': 14, 'bed': 250, 'mattress': 100} >>> grades = {'Alba': 9.5, 'Eduardo': 10, 'Normando': 3.5, 'Helena': 6.5, 'Claudia': 7.5}
Три этих словаря будут использоваться далее в руководстве. Чтобы лучше разобраться в теме словарей, советуем проходить этот текст вместе с интерпретатором Python.
2. Создание словаря при помощи dict()
Кроме прямого описания, словари также можно создавать с помощью
встроенной функции dict()
. Эта функция
принимает любое
количество именованных
аргументов.
>>> students_ages = dict(Amanda=27, Teresa=38, Paula=17, Mario=40) >>> print(students_ages) {'Amanda': 27, 'Teresa': 38, 'Paula': 17, 'Mario': 40}
Методы можно комбинировать:
>>> students_ages = dict({'Amanda': 27, 'Teresa': 38}, Paula=17, Mario=40) >>> print(students_ages) {'Amanda': 27, 'Teresa': 38, 'Paula': 17, 'Mario': 40}
Другой вариант – использовать список кортежей. Каждый кортеж должен содержать два объекта: ключ и значение.
>>> students_ages = dict([('Amanda', 27), ('Teresa', 38), ('Paula', 17), ('Mario', 40)]) >>> print(students_ages) {'Amanda': 27, 'Teresa': 38, 'Paula': 17, 'Mario': 40}
Наконец, можно создать словарь,
используя два списка. Вначале строим итератор кортежей с
помощью функции zip()
. Затем используем ту же функцию dict()
для построения
словаря.
>>> students = ['Amanda', 'Teresa', 'Paula', 'Mario'] >>> ages = [27, 38, 17, 40] >>> students_ages = dict(zip(students, ages)) >>> print(students_ages) {'Amanda': 27, 'Teresa': 38, 'Paula': 17, 'Mario': 40}
3. Получение значений из словаря
Для доступа к значениям
словаря мы
не можем использовать числовой индекс
(как в случае со списками или кортежами). Однако схема извлечения значения похожа на индексацию: вместо числа в квадратные скобки подставляется ключ. При попытке получить доступ к значению с
помощью несуществующего ключа будет вызвана ошибка KeyError
.
Чтобы избежать получения
исключения с несуществующими
ключами, можно воспользоваться методом
dict.get(key[, default])
. Этот метод возвращает
значение для ключа, если ключ находится
в словаре, иначе возвращает значение
по умолчанию default
. Если значение по умолчанию
не задано, метод возвращает None
(но никогда не возвращает
исключение).
>>> print(population['Munich']) 1471508 >>> print(population[1]) Traceback (most recent call last): File "", line 1, in KeyError: 1 >>> print(population['Stuttgart']) Traceback (most recent call last): File "", line 1, in KeyError: 'Stuttgart' >>> print(population.get('Munich')) 1471508 >>> print(population.get('Stuttgart')) None >>> print(population.get('Stuttgart', 'Not found')) Not found
4. Добавление элементов в словарь
Добавить одиночный элемент в словарь можно следующим образом:
>>> products['pillow'] = 10 >>> print(products) {'table': 120, 'chair': 40, 'lamp': 14, 'bed': 250, 'mattress': 100, 'pillow': 10}
Для добавления
нескольких элементов одновременно можно применять метод dict.update([other])
. Он обновляет словарь парами
ключ-значение из other,
перезаписывая существующие ключи.
>>> products.update({'shelf': 70, 'sofa': 300}) >>> print(products) {'table': 120, 'chair': 40, 'lamp': 14, 'bed': 250, 'mattress': 100, 'pillow': 10, 'shelf': 70, 'sofa': 300} >>> grades.update(Violeta=5.5, Marco=6.5, Paola=8) >>> print(grades) {'Alba': 9.5, 'Eduardo': 10, 'Normando': 3.5, 'Helena': 6.5, 'Claudia': 7.5, 'Violeta': 5.5, 'Marco': 6.5, 'Paola': 8} >>> population.update([('Stuttgart', 632743), ('Dusseldorf', 617280)]) >>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056, 'Stuttgart': 632743, 'Dusseldorf': 617280}
Как показано выше, метод
update()
может принимать в качестве аргумента
не только словарь, но и список
кортежей или именованные
аргументы.
5. Изменение элементов словаря
Изменим значение
элемента, обратившись к ключу с помощью
квадратных скобок ([]). Для изменения
нескольких значений сразу есть метод .update()
. Он перезаписывает существующие
ключи.
Увеличим цену дивана на 100 единиц и изменим оценки двух студентов.
>>> print(products) {'table': 120, 'chair': 40, 'lamp': 14, 'bed': 250, 'mattress': 100, 'pillow': 10, 'shelf': 70, 'sofa': 300} >>> products['sofa'] = 400 >>> print(products) {'table': 120, 'chair': 40, 'lamp': 14, 'bed': 250, 'mattress': 100, 'pillow': 10, 'shelf': 70, 'sofa': 400} >>> print(grades) {'Alba': 9.5, 'Eduardo': 10, 'Normando': 3.5, 'Helena': 6.5, 'Claudia': 7.5, 'Violeta': 5.5, 'Marco': 6.5, 'Paola': 8} >>> grades.update({'Normando': 2.5, 'Violeta': 6}) >>> print(grades) {'Alba': 9.5, 'Eduardo': 10, 'Normando': 2.5, 'Helena': 6.5, 'Claudia': 7.5, 'Violeta': 6, 'Marco': 6.5, 'Paola': 8}
6. Удаление элементов словаря
Для удаления элемента из
словаря можно использовать либо del
dict[key]
, либо dict.pop(key[, default])
. В первом случае из словаря удаляется соответствующая пара. Или, если такого ключа нет, возвращается KeyError
.
>>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056, 'Stuttgart': 632743, 'Dusseldorf': 617280} >>> del population['Ingolstadt'] Traceback (most recent call last): File "", line 1, in KeyError: 'Ingolstadt' >>> del population['Dusseldorf'] >>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056, 'Stuttgart': 632743}
Метод dict.pop(key[,
default])
удаляет из словаря
элемент с заданным ключом и возвращает
его значение. Если ключ
отсутствует, метод возвращает
значение default
. Если значение default
не задано и ключа не существует, метод
pop()
вызовет исключение KeyError
.
>>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056, 'Stuttgart': 632743} >>> population.pop('Stuttgart') 632743 >>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056} >>> print(population.pop('Ingolstadt', 'Value not found')) Value not found >>> population.pop('Garching') Traceback (most recent call last): File "", line 1, in KeyError: 'Garching'
7. Проверка наличия ключа
Чтобы проверить, существует ли ключ в словаре, достаточно воспользоваться операторами принадлежности:
>>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056} >>> print('Ingolstadt' in population) False >>> print('Munich' in population) True >>> print('Ingolstadt' not in population) True >>> print('Munich' not in population) False
8. Копирование словаря
Чтобы скопировать словарь, можно использовать метод словаря copy()
. Этот метод возвращает
поверхностную
копию словаря. Мы должны
быть осторожны с такими
копиями: если словарь содержит списки, кортежи
или множества,
то в созданной
копии будут только ссылки на объекты
из оригинала.
>>> students = {'Marco': 173, 'Luis': 184, 'Andrea': 168} >>> students_2 = students.copy() # поверхностная копия >>> students_2['Luis'] = 180 >>> print(students) {'Marco': 173, 'Luis': 184, 'Andrea': 168} >>> print(students_2) {'Marco': 173, 'Luis': 180, 'Andrea': 168} >>> students_weights = {'Marco': [173, 70], 'Luis': [184, 80], 'Andrea': [168, 57]} >>> students_weights_2 = students_weights.copy() >>> students_weights_2['Luis'][0] = 180 >>> print(students_weights) {'Marco': [173, 70], 'Luis': [180, 80], 'Andrea': [168, 57]}
Изменение в списке students_2
затронуло список students
, так как список, содержащий вес и рост, содержит ссылки, а не дубликаты. Чтобы избежать этой проблемы,
создадим
глубокую копию, используя функцию
copy.deepcopy(x)
:
>>> import copy >>> students_weights = {'Marco': [173, 70], 'Luis': [184, 80], 'Andrea': [168, 57]} >>> students_weights_2 = copy.deepcopy(students_weights) >>> students_weights_2['Luis'][0] = 180 >>> print(students_weights) {'Marco': [173, 70], 'Luis': [184, 80], 'Andrea': [168, 57]} >>> print(students_weights_2) {'Marco': [173, 70], 'Luis': [180, 80], 'Andrea': [168, 57]}
При использовании глубокого копирования создается полностью независимая копия.
Важно помнить, что оператор
=
не
создаёт копию словаря. Он
присваивает другое имя,
но относящееся
к тому же словарю, т. е.
любое
изменение нового словаря
отражается на
исходном.
>>> fruits = {'Orange': 50, 'Apple': 65, 'Avocado': 160, 'Pear': 75} >>> fruits_2 = fruits >>> fruits_2.pop('Orange') 50 >>> print(fruits) {'Apple': 65, 'Avocado': 160, 'Pear': 75}
9. Определение длины словаря
Чтобы выяснить сколько пар
ключ-значение содержится в словаре, достаточно воспользоваться функцией len()
:
>>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056} >>> print(len(population)) 5
10. Итерация словаря
10.1 Итерация ключей
Чтобы перебрать все ключи, достаточно провести итерацию по элементам объекта словаря:
>>> for city in population: ... print(city) ... Berlin Hamburg Munich Cologne Frankfurt
10.2 Итерация значений
Вычислим
сколько людей проживает в пяти крупнейших
городах Германии. Применим метод dict.values()
, возвращающий список значений словаря:
>>> print(population) {'Berlin': 3748148, 'Hamburg': 1822445, 'Munich': 1471508, 'Cologne': 1085664, 'Frankfurt': 753056} >>> inhabitants = 0 >>> for number in population.values(): ... inhabitants += number ... >>> print(inhabitants) 8880821
В пяти крупнейших городах Германии живут почти 9 миллионов человек.
10.3 Итерация ключей и значений
В
случае, если нужно работать
с ключами и значениями одновременно, обратимся к методу
dict.items()
,
возвращающему пары ключ-значение в
виде списка кортежей.
>>> min_grade = 10 >>> min_student = '' >>> for student, grade in grades.items(): ... if grade < min_grade: ... min_student = student ... min_grade = grade ... >>> print(min_student) Normando
11. Генераторы словарей
Цикл
for
удобен,
но
сейчас попробуем более эффективный и
быстрый способ – генератор словарей.
Синтаксис выглядит так: {key:
value for vars in iterable}
Отфильтруем товары из словаря products
по цене ниже 100 евро, используя
как цикл for
,
так и генератор словарей.
>>> print(products) {'table': 120, 'chair': 40, 'lamp': 14, 'bed': 250, 'mattress': 100, 'pillow': 10, 'shelf': 70, 'sofa': 400} >>> products_low = {} >>> for product, value in products.items(): ... if value < 100: ... products_low.update({product: value}) ... >>> print(products_low) {'chair': 40, 'lamp': 14, 'pillow': 10, 'shelf': 70} >>> products_low = {product: value for product, value in products.items() if value < 100} >>> print(products_low) {'chair': 40, 'lamp': 14, 'pillow': 10, 'shelf': 70}
Результаты идентичны, при этом генератор словарей записан компактнее.
12. Вложенные словари
Вложенные словари – это словари, содержащие другие словари. Мы можем создать вложенный словарь так же, как мы создаем обычный словарь, используя фигурные скобки.
Следующий вложенный словарь содержит информацию о пяти известных произведениях искусства. Как можно заметить, значениями словаря являются другие словари.
# вложенный словарь, содержащий информацию об известных произведениях искусства works_of_art = {'The_Starry_Night': {'author': 'Van Gogh', 'year': 1889, 'style': 'post-impressionist'}, 'The_Birth_of_Venus': {'author': 'Sandro Botticelli', 'year': 1480, 'style': 'renaissance'}, 'Guernica': {'author': 'Pablo Picasso', 'year': 1937, 'style': 'cubist'}, 'American_Gothic': {'author': 'Grant Wood', 'year': 1930, 'style': 'regionalism'}, 'The_Kiss': {'author': 'Gustav Klimt', 'year': 1908, 'style': 'art nouveau'}}
Создадим вложенный словарь,
используя dict()
, передавая пары
ключ-значение
в
качестве именованных
аргументов.
# вложенный словарь, созданный при помощи dict() works_of_art = dict(The_Starry_Night={'author': 'Van Gogh', 'year': 1889, 'style': 'post-impressionist'}, The_Birth_of_Venus={'author': 'Sandro Botticelli', 'year': 1480, 'style': 'renaissance'}, Guernica={'author': 'Pablo Picasso', 'year': 1937, 'style': 'cubist'}, American_Gothic={'author': 'Grant Wood', 'year': 1930, 'style': 'regionalism'}, The_Kiss={'author': 'Gustav Klimt', 'year': 1908, 'style': 'art nouveau'})
Для
доступа к элементам во вложенном словаре указываем ключи, используя несколько
квадратных скобок ([ ][ ]
).
>>> print(works_of_art['Guernica']['author']) Pablo Picasso >>> print(works_of_art['American_Gothic']['style']) regionalism
13. Альтернативные типы данных
Модуль
collections
предоставляет альтернативные типы
данных: OrderedDict
,
defaultdict
и
Counter
, расширяющие возможности обычных словарей. У нас есть подробная статья о модуле collections, которая помогает не изобретать уже известные структуры данных Python. Здесь мы остановимся на трех типах данных, наиболее близких к словарям.
13.1. OrderedDict
OrderedDict
содержит
словарь, хранящий порядок добавления
ключей. В
Python 3.6+ словари запоминают порядок,
а
для предыдущих
версий Python можно использовать OrderedDict
.
>>> import collections >>> dictionary = collections.OrderedDict({'hydrogen': 1, 'helium': 2, 'carbon': 6, 'oxygen': 8}) >>> print(type(dictionary))
С
OrderedDict
можно
использовать
операции
с элементами, методы и
функции, как при
работе с
обычным словарем.
13.2. defaultdict
defaultdict
– подкласс
словаря, присваивающий
значение
по умолчанию при отсутствии ключа. Он
никогда не выдаст
KeyError
,
если
мы попробуем
получить
доступ к элементу, который отсутствует
в словаре. Будет
создана новая запись. В приведенном ниже примере
ключи создаются с
различными значениями в зависимости
от функции, используемой в качестве
первого аргумента.
>>> default_1 = collections.defaultdict(int) >>> default_1['missing_entry'] 0 >>> print(default_1) defaultdict(, {'missing_entry': 0}) >>> default_2 = collections.defaultdict(list, {'a': 1, 'b': 2}) >>> default_2['missing_entry'] [] >>> print(default_2) defaultdict(, {'a': 1, 'b': 2, 'missing_entry': []}) >>> default_3 = collections.defaultdict(lambda : 'Not given', a=1, b=2) >>> default_3['missing_entry'] 'Not given' >>> print(default_3) defaultdict( at 0x7f75d97d6840>, {'a': 1, 'b': 2, 'missing_entry': 'Not given'}) >>> import numpy as np >>> default_4 = collections.defaultdict(lambda: np.zeros(2)) >>> default_4['missing_entry'] array = ([0., 0.]) >>> print(default_4) defaultdict( at 0x7f75bf7198c8>, {'missing_entry': array([0., 0.])})
13.3. Counter
Counter
– подкласс
словаря, подсчитывающий
объекты хеш-таблицы.
Функция возвращает объект Counter
,
в
котором элементы хранятся как ключи, а
их количество в виде значений. Эта функция позволяет подсчитать элементы
списка:
>>> letters = ['a', 'a', 'c', 'a', 'a', 'b', 'c', 'a'] >>> counter = collections.Counter(letters) >>> print(counter) Counter({'a': 5, 'c': 2, 'b': 1}) >>> print(counter.most_common(2)) [('a', 5), ('c', 2)]
Как
показано выше, мы можем легко получить
наиболее часто используемые элементы
с помощью метода most_common([n])
. Этот метод
возвращает список n
наиболее часто
встречающихся элементов и их количество.
14. Создание Pandas DataFrame из словаря
Pandas DataFrame – это двумерная таблица со строками и столбцами, создаваемая в библиотеке анализа данных pandas. Это очень мощная библиотека для работы с данными. Ранее мы рассказывали как можно анализировать данные с помощью одной строки на Python в pandas (да и вообще о разных трюках работы с библиотекой).
Объект DataFrame
создается
с помощью функции pandas.DataFrame()
,
принимающей различные типы данных
(списки, словари, массивы numpy).
В этой статье разберем
только те способы создания датафрейма, которые
предполагают использование словарей.
14.1. Создание DataFrame из словаря
Создадим DataFrame из словаря, где ключами будут имена столбцов, а значениями – данные столбцов:
import pandas as pd # создать Pandas DataFrame из словаря - ключ (название столбца) - значение (информация в столбце) df = pd.DataFrame({'name': ['Mario', 'Violeta', 'Paula'], 'age': [22, 27, 19], 'grades': [9, 8.5, 7]}) print(df)
По умолчанию индексом является номер строки (целое число, начинающееся с 0). Изменим индексы, передав список индексов в DataFrame.
# создать Pandas DataFrame из словаря - ключ (название столбца) - значение (информация в столбце) - с собственными индексами import pandas as pd df_index = pd.DataFrame({'name': ['Mario', 'Violeta', 'Paula'], 'age': [22, 27, 19], 'grades': [9, 8.5, 7]}, index=['student_1', 'student_2', 'student_3']) print(df_index)
14.2. Создание DataFrame из списка словарей
Список словарей также может быть использован для создания DataFrame, где ключи – имена столбцов. Как и раньше, мы можем изменять индексы, передавая список индексов в функцию DataFrame.
# создать Pandas DataFrame из списка словарей - ключи (названия столбцов) с собственными индексами import pandas as pd df_2 = pd.DataFrame([{'name': 'Mario', 'age': 22, 'grades':9}, {'name': 'Violeta', 'age': 27, 'grades':8.5}, {'name': 'Paula', 'age': 19, 'grades':7}], index=['student_1', 'student_2', 'student_3']) print(df_2)
15. Функции в Pandas, использующие словари
В Pandas есть несколько функций, использующих
словари в качестве входных значений,
например, pandas.DataFrame.rename
и
pandas.DataFrame.replace
.
15.1. pandas.DataFrame.rename
Эта функция возвращает DataFrame с переименованными метками осей. На вход можно подать словарь, в котором ключи – старые имена, а значения – новые. Метки, не содержащиеся в словаре, остаются неизменными.
# изменить метки индекса в df_2 import pandas as pd df_2 = pd.DataFrame([{'name': 'Mario', 'age': 22, 'grades':9}, {'name': 'Violeta', 'age': 27, 'grades':8.5}, {'name': 'Paula', 'age': 19, 'grades':7}], index=['student_1', 'student_2', 'student_3']) df_2.rename(index={'student_1': 'new_label_1', 'student_2': 'new_label_2'}, inplace=True) print(df_2)
15.2. pandas.DataFrame.replace
Эта функция меняет значения DataFrame на другие значения. Мы можем использовать словарь с функцией замены для изменения DataFrame, где ключи представляют собой существующие записи, а значения – новые.
# заменить Mario --> Maria и Paula --> Paola import pandas as pd df_2 = pd.DataFrame([{'name': 'Mario', 'age': 22, 'grades':9}, {'name': 'Violeta', 'age': 27, 'grades':8.5}, {'name': 'Paula', 'age': 19, 'grades':7}], index=['student_1', 'student_2', 'student_3']) df_2.replace({'Mario': 'Maria', 'Paula': 'Paola'}, inplace=True) print(df_2)
Итак, мы рассмотрели разные способы создания словаря, базовые операции (добавление, изменение, удаление элементов). Также мы узнали когда стоит использовать глубокую копию словаря вместо поверхностной. Научились строить матрёшки – вложенные словари. Такие конструкции встретятся, когда вы будете качать, например, с ВКонтакте через его API разнообразную информацию.
Если вы любите Python, Библиотека программиста подготовила ещё много интересных материалов об этом замечательном языке:
- Программирование на Python: от новичка до профессионала
- Самые эффективные ресурсы и материалы для изучения Python
- Инструменты Python: лучшая шпаргалка для начинающих
Свежие материалы доступны по тегу Python.