深入理解 Python 字典与 defaultdict 的应用
本教程将引导你探索如何利用 Python 集合模块中的 defaultdict，更有效地处理 Python 字典操作中可能出现的 KeyError 异常。
在 Python 中，字典作为一种内置的数据结构，以键值对的形式存储数据，允许通过键来访问对应的值。
然而，在实际应用中，当代码执行过程中存在多个字典被修改的情况时，经常会遭遇 KeyError 异常。本文将介绍几种处理此类异常的策略。
本教程的核心内容包括：
- 解析
KeyError的本质及其产生的原因。 - 学习多种处理
KeyError的方法。 - 掌握如何通过 Python 的
defaultdict（dict类的子类）优雅地处理缺失的键。
让我们开始学习吧！
Python 中的 KeyError 是什么？
在定义 Python 字典时，你需要注意以下关键点：
- 确保键的唯一性，避免重复键。
- 当使用可迭代对象作为键时，优先选择如元组等不可变集合。
只有当键实际存在于字典中时，才能通过该键访问对应的值，否则会导致 KeyError。
考虑以下名为 books_authors 的字典，其中键为书名，值为作者姓名。
你可以在 Python REPL 中跟随本教程进行练习。
books_authors = {
'Deep Work':'Cal Newport',
'Hyperfocus':'Chris Bailey',
'Pivot':'Jenny Blake',
'The Happiness Equation':'Neil Pasricha'
}
通过书名（键）可以访问作者姓名：
books_authors['Hyperfocus'] #'Chris Bailey'
使用字典对象的 items() 方法可以遍历所有键值对：
for book,author in books_authors.items():
print(f"'{book}' by {author}")
# 'Deep Work' by Cal Newport # 'Hyperfocus' by Chris Bailey # 'Pivot' by Jenny Blake # 'The Happiness Equation' by Neil Pasricha
当尝试访问字典中不存在的键时，Python 解释器会抛出 KeyError 异常。如下例子中，尝试访问 'Grit' 和 'non-existent-key' 会引发错误。
books_authors['Grit']
# --------------------------------------------------------------------------- # KeyError Traceback (most recent call last) # <ipython-input-6-e1a4486f5ced> in <module> # ----> 1 books_authors['Grit'] # # KeyError: 'Grit'
books_authors['non-existent-key']
# --------------------------------------------------------------------------- # KeyError Traceback (most recent call last) # <ipython-input-7-a3efd56f69e5> in <module> # ----> 1 books_authors['non-existent-key'] # # KeyError: 'non-existent-key'
那么，在 Python 中如何有效地处理 KeyError 呢？
接下来，我们将学习几种处理方法。
如何在 Python 中处理 KeyErrors
以下是处理 KeyError 的几种常用方法：
- 使用
if-else条件语句 - 使用
try-except语句块 - 使用字典的
.get()方法
#1. 使用 If-Else 条件语句
使用 if-else 条件语句是处理 KeyError 的一种简单直接的方式。
if-else 语句的基本结构如下：
if condition:
# 条件为真时执行
else:
# 条件为假时执行
- 如果条件为
True，则执行if代码块中的语句。 - 如果条件为
False，则执行else代码块中的语句。
在这个示例中，条件用于检查指定的键是否存在于字典中。
如果键存在，in 运算符返回 True，执行 if 代码块打印值。
key = 'The Happiness Equation'
if key in books_authors:
print(books_authors[key])
else:
print('抱歉，该键不存在！')
# 输出
# Neil Pasricha
如果键不存在，in 运算符返回 False，执行 else 代码块，并打印提示信息。
key = 'non-existent-key'
if key in books_authors:
print(books_authors[key])
else:
print('抱歉，该键不存在！')
# 输出
# 抱歉，该键不存在！
#2. 使用 Try-Except 语句
另一种处理 KeyError 的常用方法是使用 try-except 语句。
代码示例：
key = 'non-existent-key'
try:
print(books_authors[key])
except KeyError:
print('抱歉，该键不存在！')
try代码块尝试获取指定键的值。- 如果键不存在，解释器会抛出
KeyError异常，该异常会被except代码块捕获并处理。
#3. 使用 .get() 方法
在 Python 中，可以使用内置的字典方法 .get() 来处理缺失的键。
.get() 方法的基本语法是：dict.get(key, default_value)，其中 dict 是一个有效的 Python 字典对象。
– 如果键存在，.get() 方法返回对应的值。
– 否则，返回指定的默认值。
在这个示例中，我们定义了一个键的列表，并尝试从 books_authors 字典中检索它们对应的值。
我们使用 .get() 方法，并将 “不存在” 作为默认值。
keys = ['Grit','Hyperfocus','Make Time','Deep Work']
for key in keys:
print(books_authors.get(key,'不存在'))
在上述代码中：
- 对于
books_authors字典中存在的键，.get()方法返回相应的值。 - 当键不存在时，如 “Grit” 和 “Make Time”，
.get()方法返回默认值 “不存在”。
# 输出
# 不存在
# Chris Bailey
# 不存在
# Cal Newport
以上方法都可以帮助我们处理 KeyError，但它们都相对繁琐，需要显式地处理缺失的键。通过使用 defaultdict，我们可以简化这一过程。
Python 中的 defaultdict
defaultdict 是 dict 类的子类，继承了 Python 字典的所有行为，并能原生处理缺失的键。
defaultdict 是一种容器数据类型，内置于 Python 标准库的 collections 模块中。
因此，你需要从 collections 模块导入 defaultdict:
from collections import defaultdict
使用 defaultdict 的一般语法是：
defaultdict(default_factory)
你可以将 int、float 或 list 等可调用对象指定为 default_factory 属性。如果没有为 default_factory 提供值，则默认为 None。
当尝试访问字典中不存在的键时，会触发 __missing__() 方法，它会根据 default_factory 推断一个默认值并返回。
总结一下：
- 在 Python 中，当键不存在时，
defaultdict返回一个默认值。 - 它还会将键值对（键，默认值）添加到字典中，之后你可以修改这个值。
Python 默认字典示例
接下来，我们将通过几个示例来了解 Python defaultdict 的工作原理。
Python 中具有默认整数值的 defaultdict
首先，从 collections 模块导入 defaultdict。
from collections import defaultdict
import random
创建一个 defaultdict 实例 prices。
prices = defaultdict(int)
我们使用水果列表中的项目作为键来填充 prices 字典。从 price_list 中随机采样值作为对应的值。
price_list = [10,23,12,19,5]
fruits = ['apple','strawberry','pomegranate','blueberry']
for fruit in fruits:
prices[fruit] = random.choice(price_list)
让我们看一下 prices defaultdict 中的键值对。
print(prices.items())
# dict_items([('apple', 12), ('blueberry', 19), ('pomegranate', 5), ('strawberry', 10)])
与普通的 Python 字典一样，你可以通过键访问 prices defaultdict 的值：
prices['apple']
# 23
现在，让我们尝试访问一个不存在的水果的价格，例如 “orange”。我们看到它返回默认值零。
prices['orange']
# 0
如果我们打印字典，我们会看到添加了一个新键 “orange”，默认整数值为零。
print(prices.items())
# dict_items([('apple', 12), ('blueberry', 19), ('pomegranate', 5), ('strawberry', 10), ('orange', 0)])
Python 中以列表为默认值的 defaultdict
让我们将 students_majors 定义为以列表为默认值的 defaultdict。专业的名字是键，值是攻读该专业的学生列表，如数学、经济学、计算机科学等。
from collections import defaultdict
students_majors = defaultdict(list)
如果我们尝试访问 ‘Economics’ 对应的学生列表，defaultdict 返回一个空列表；不会有 KeyError！
students_majors['Economics']
# []
现在我们有一个映射到 “Economics” 专业的空列表。 我们可以使用列表方法 .append() 向列表中添加元素。
students_majors['Economics'].append('Alex')
在 students_majors defaultdict 中，为 “Economics” 专业创建了一个条目。
print(students_majors)
# defaultdict(<class 'list'>, {'Economics': ['Alex']})
可以向经济学专业添加更多学生，或者添加新的专业！
students_majors['Economics'].append('Bob')
students_majors['Math'].append('Laura')
print(students_majors)
# defaultdict(<class 'list'>, {'Economics': ['Alex', 'Bob'], 'Math': ['Laura']})
总结
希望本教程能帮助你理解如何在 Python 中使用 defaultdict。在学习完本教程的代码示例后，你可以在项目中尝试使用 defaultdict 作为首选数据结构。
本教程的核心知识点总结如下：
- 在使用 Python 字典时，你可能会遇到
KeyError。 - 可以使用条件语句、
try-except语句块或.get()方法处理此类错误。collections模块中的defaultdict可以简化KeyError的处理。 - 使用
defaultdict(default_factory)可以创建一个defaultdict，其中default_factory是一个有效的可调用对象。 - 当键在
defaultdict中不存在时，默认值（从default_factory推断）和键会被添加到defaultdict中。
接下来，请查阅有关 Python 映射函数的教程。