第五章：数据结构

列表（list）— 万能的收纳箱 📦

列表就像一个有编号的收纳箱，东西可以随时放进去、拿出来、换位置。它是 Python 中最常用的数据结构。

# 创建列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橘子"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", True, 3.14, None]  # 可以混合类型

# 访问元素（索引从 0 开始！）
print(fruits[0])      # 第一个元素
print(fruits[-1])     # 最后一个元素
print(fruits[1:3])    # 切片：第2到第3个

# 常用操作
fruits.append("芒果")        # 末尾添加
fruits.insert(0, "草莓")     # 指定位置插入
fruits.remove("香蕉")        # 删除指定元素
popped = fruits.pop()        # 取出并删除最后一个
fruits.sort()                # 排序

print(f"最终列表：{fruits}")
print(f"列表长度：{len(fruits)}")

苹果
橘子
['香蕉', '橘子']
最终列表：['草莓', '橘子', '芒果', '苹果']
列表长度：4

# 列表推导式（Python 的"语法糖"）
squares = [x ** 2 for x in range(1, 6)]
print(f"平方数：{squares}")

evens = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]
print(f"偶数：{evens}")

# 嵌套列表（二维列表）
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
print(f"矩阵第2行第3列：{matrix[1][2]}")

平方数：[1, 4, 9, 16, 25]
偶数：[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]
矩阵第2行第3列：6

元组（tuple）— 不可修改的清单 📜

如果列表是收纳箱，那元组就是"封了蜡的信封"——一旦装好就不能修改了。适合存放不应该被改变的数据。

# 创建元组
point = (3, 4)
rgb_color = (255, 128, 0)
single = (42,)  # 注意：单元素元组必须加逗号！

# 访问元素
print(f"坐标 x={point[0]}, y={point[1]}")

# 元组解包
x, y = point
print(f"解包后: x={x}, y={y}")

# 尝试修改元组会报错
try:
    point[0] = 10
except TypeError as e:
    print(f"错误：{e}")

# 元组的妙用：函数返回多个值
def get_min_max(data):
    return min(data), max(data)

lo, hi = get_min_max([3, 1, 4, 1, 5, 9])
print(f"最小值={lo}, 最大值={hi}")

坐标 x=3, y=4
解包后: x=3, y=4
错误：'tuple' object does not support item assignment
最小值=1, 最大值=9

字典（dict）— 电话簿 📒

字典就像一本电话簿：通过名字（键）快速找到电话号码（值）。每个键都是唯一的，查找速度极快。

# 创建字典
student = {
    "name": "小明",
    "age": 18,
    "grades": [85, 92, 78],
    "is_active": True
}

# 访问值
print(f"姓名：{student['name']}")
print(f"年龄：{student.get('age', '未知')}")  # 用 get 避免 KeyError
print(f"性别：{student.get('gender', '未知')}")  # 不存在的键返回默认值

# 增删改
student["email"] = "xiaoming@example.com"  # 新增
student["age"] = 19                         # 修改
del student["is_active"]                    # 删除

# 遍历字典
print("\n学生信息：")
for key, value in student.items():
    print(f"  {key}: {value}")

# 字典推导式
square_map = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(f"\n平方映射：{square_map}")

姓名：小明
年龄：18
性别：未知

学生信息：
  name: 小明
  age: 19
  grades: [85, 92, 78]
  email: xiaoming@example.com

平方映射：{1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}

集合（set）— 不重复的抽奖箱 🎰

集合就像一个抽奖箱：每个号码只能出现一次，而且没有顺序。它最擅长做"去重"和"交并差集"运算。

# 创建集合
colors_a = {"红", "蓝", "绿", "黄"}
colors_b = {"蓝", "黄", "紫", "白"}

# 自动去重
numbers = [1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4]
unique = set(numbers)
print(f"去重结果：{unique}")

# 集合运算
print(f"交集（都有的）：{colors_a & colors_b}")
print(f"并集（所有的）：{colors_a | colors_b}")
print(f"差集（A独有）：{colors_a - colors_b}")
print(f"对称差集（独有的）：{colors_a ^ colors_b}")

去重结果：{1, 2, 3, 4}
交集（都有的）：{'蓝', '黄'}
并集（所有的）：{'红', '蓝', '绿', '黄', '紫', '白'}
差集（A独有）：{'红', '绿'}
对称差集（独有的）：{'红', '绿', '紫', '白'}

💡 提示： 集合是无序的，上面的打印顺序只是示例；不同 Python 版本或不同运行次数里，元素显示顺序可能不一样。

特性	列表 list	元组 tuple	字典 dict	集合 set
符号	[ ]	( )
有序	✅ 是	✅ 是	✅ 是(3.7+)	❌ 否
可变	✅ 是	❌ 否	✅ 是	✅ 是
可重复	✅ 是	✅ 是	键不可重复	❌ 否
用途	有序集合	固定数据	键值映射	去重、集合运算