Python常用数据结构——字典的应用

字典

在 Python 中，字典（dictionary）是一种无序的数据类型，用于存储键值对。字典中的键，可以是数字、字符串、元组等，但一般用字符串来表示，键与键值之间用冒号分开。以下是一些常见的字典用法：

**创建字典**
# 创建一个空字典
my_dict = {
   }

# 创建带有初始键值对的字典
my_dict = {
   "name": "Alice", "age": 30, "city": "New York", "Score":"A", "Grade":"8"}

# 注意：字典中的键必须是唯一的，并且不可变；字典中的值可以不唯一，也可以变。

访问字典元素

# 创建带有初始键值对的字典
my_dict = {
   "Name": "Alice", "Age": 30, "City": "New York", "Score":"A", "Grade":"8"}
print('姓名：', my_dict['Name'])
print('年龄：', my_dict['Age'])
print('年级：', my_dict['Grade'])
print('学习成绩：', my_dict['Score'])
print('\n字典所有值是：', tuple(my_dict.values())) #以元组方式返回字典中所有值
print('\n字典所有的键是：', list(my_dict.keys()))  # 以列表方式返回字典中的所有键
print('\n字典所有值和键是：%s' % my_dict.items())  # 利用items()方法同时访问字典中的值和键

运行结果如下：

姓名： Alice
年龄： 30
年级： 8
学习成绩： A

字典所有值是： ('Alice', 30, 'New York', 'A', '8')

字典所有的键是： ['Name', 'Age', 'City', 'Score', 'Grade']

字典所有值和键是：dict_items([('Name', 'Alice'), ('Age', 30), ('City', 'New York'), ('Score', 'A'), ('Grade', '8')])

添加和修改元素

# 字典
my_dict = {
   '姓名': '赵杰', '年龄': 22, '年级': '大一', '学习成绩': '优'}
# 添加新键值对
my_dict["email"] = "alice_123@example.com"

# 修改值
my_dict["年龄"] = 31


运行结果如下：
{
   '姓名': '赵杰', '年龄': 31, '年级': '大一', '学习成绩': '优', 'email': 'alice_123@example.com' 
}

删除元素

# 删除指定键的键值对
del my_dict["学习成绩"]

# 清空字典
my_dict.clear()

运行结果如下：
删除某项数据后：dict_items([('姓名', '赵杰'), ('年龄', 31), ('年级', '大一'), ('email', 'alice_123@example.com')])
清空所有数据后字典是：{
   }

判断键是否存在

# 使用 in 运算符判断键是否存在
if "name" in my_dict:
    print("Key 'name' exists.")

遍历字典

# 遍历键
for key in my_dict:
    print(key)

# 遍历值
for value in my_dict.values():
    print(value)

# 遍历键值对
for key, value in my_dict.items():
    print(key, value)

示例代码如下：

my_dict = {
   '姓名': '赵杰', '年龄': 22, '年级': '大一', '学习成绩': '优'}
for i, j in my_dict.items():
    print(i,':', j)

运行结果如下：
姓名 : 赵杰
年龄 : 22
年级 : 大一
学习成绩 : 优

字典的函数和方法
在 Python 中，字典（dictionary）是一个非常有用的数据结构，提供了许多内置函数和方法来操作和处理字典。以下是一些常用的字典函数和方法：

len()：返回字典中键值对的数量。

my_dict = {
   "name": "Alice", "age": 30, "city": "New York"}
print(len(my_dict))  # 输出: 3

keys()：返回字典中所有键的视图。

keys = my_dict.keys()
print(keys)  # 输出: dict_keys(['name', 'age', 'city'])

values()：返回字典中所有值的视图。

values = my_dict.values()
print(values)  # 输出: dict_values(['Alice', 30, 'New York'])

items()：返回字典中所有键值对的元组视图。

items = my_dict.items()
print(items)  # 输出: dict_items([('name', 'Alice'), ('age', 30), ('city', 'New York')])

get(key, default=None)：获取指定键的值，如果键不存在则返回默认值。
age = my_dict.get("age", 0)
print(age)  # 输出: 30

pop(key, default=None)：删除指定键并返回其对应的值，如果键不存在并且没有提供默认值，则引发 KeyError 错误。

city = my_dict.pop("city")
print(city)  # 输出: New York

.

update(other_dict)：将另一个字典的键值对更新到当前字典中。
other_dict = {
   "email": "alice@example.com", "country": "USA"}
my_dict.update(other_dict)
print(my_dict)  # 输出: {
   'name': 'Alice', 'age': 30, 'email': 'alice@example.com', 'country': 'USA'}

这些是一些常用的字典函数和方法，可以帮助你更好地操作和利用字典数据结构。

实例：利用字典实现用户注册功能
以下是一个简单的示例，演示如何利用字典实现用户注册功能。在这个示例中，我们将用户的用户名作为键，密码作为对应的值存储在字典中，以模拟用户注册过程。

# 创建一个空字典来存储用户信息
user_credentials = {
   'num1':{
   "name":"admin", "passwd888":"admin", "sex":"1"},}

# 字典的初始值
list1 = []  #定义一个空列表
for num, info in user_credentials.items(): # 利用双for循环，提出嵌套字典中的数据
    for key, value in info.items():
        list1.append(value) # 把字典中的数据添加到列表中
print("用户注册之前信息： ", user_credentials)
print(" 用户的创建 ".center(60, "*"))

print(" 注册 ".center(60, "*"))

name = input("请输入注册姓名：") # 利用input()函数输入注册姓名
if not name in list1[0]: # 如果姓名没有在user_credentials中，就可以继续输入其他信息
    passwd = input('请输入注册密码：')
    sex = input('请输入性别：0 表示 ”女", 1表示"男":')
    user_credentials["num2"] = {
   "name": name, "passwd":passwd, "sex":sex} # 向字典中添加数据
    print("新用户注册成功！")
    print("新用户注册成功后的信息：", user_credentials)
else:
    print("该用户名已经注册，对不起！")



# 显示当前注册的用户信息
print("Registered Users:")
for username, password in user_credentials.items():
    print(f"Username: {username}, Password: {password}")

运行结果如下图所示：

运行界面

录入信息

显示添加后的信息

已经存在的用户

在上面的示例中，register_user() 函数用于注册新用户。如果用户已经存在，则会显示错误消息；否则，将用户名和密码添加到字典中表示成功注册。最后，我们遍历字典，显示当前所有注册用户的用户名和密码信息。

请注意，这只是一个简单的示例，实际开发中需要考虑更多安全性和复杂性方面的问题，例如加密密码、验证输入等。

以上是字典的基本用法。字典是 Python 中非常灵活和强大的数据结构，适合存储各种键值对信息。

实例：利用字典实现用户登陆功能
以下是一个示例代码，演示如何结合 while 循环来实现用户登录功能，并限制登录尝试次数不超过3次：

# 定义一个嵌套字典变量
registered_users = {
   "num1": {
   "name": "赵杰", "passwd": "12345", "sex": "1"},
                    "num2": {
   "name": "admin", "passwd": "password123", "sex": "0"}, }



def login():
    login_attempts = 0  # 定义整型变量，用于统计次数
    max_attempts = 3  # 限制登录尝试次数不超过3次

    while login_attempts < max_attempts:
        username = input("请输入用户姓名: ")

        if username not in list1[0]:
            print("用户不存在，请重新输入！")
            login_attempts += 1
            if max_attempts - login_attempts == 0:
                print("超过最大登录次数！请稍后再试试.")
            else:
                print(f'登录失败！ 你还有 {max_attempts - login_attempts}次机会，（共有3次机会）。')

        else:
            password = input("请输入用户密码: ")
            if password == list2[0]:
                print("登录成功! 欢迎, " + username + "!")
            else:
                print("用户密码不对，请重新输入！")
                login_attempts += 1
                if max_attempts - login_attempts == 0:
                    print("超过最大登录次数！请稍后再试试.")
                else:
                    print(f'登录失败！ 你还有 {max_attempts - login_attempts}次机会，（共有3次机会）。')


if __name__ == '__main__':
    # 定义两个空列表
    list1 = []
    list2 = []
    for key1, value1 in registered_users.items():
        list1.append(value1['name'])  # 添加用户姓名
        list2.append(value1['passwd'])  # 添加用户密码

    print("用户登录系统".center(50, "*"))
    login()

运行结果如下图所示：

如果用户名不存在，如下图所示：

如果输入的用户存在，但连续3次密码错误，也会显示登录失败，如下图所示：

如果输入的用户名存在，密码也对，就会显示登录成功，如下图所示：

在上面的示例中，我们使用 while 循环来控制登录尝试次数不超过3次。用户输入用户名和密码后，调用 login() 函数进行验证。如果登录成功，则打印欢迎消息并跳出循环；如果登录失败，则增加登录尝试次数。如果达到最大尝试次数仍未成功登录，将提示 "超过最大登录次数！请稍后再试试。“

这样的方式可以限制用户登录尝试次数，增强系统的安全性。