在上一篇《Python数据结构（上）》中，我们介绍了列表（list）和元组（tuple）这两种常用的数据结构。本篇将继续深入，介绍另外两种重要的内置数据结构——字典（dictionary）和集合（set），并结合实际案例进行综合练习，帮助你更好地掌握它们的应用场景与操作方法。
一、字典（Dictionary）
1.1 什么是字典？
字典是 Python 中一种无序、可变、键值对（key-value pair）存储的数据结构。它用花括号{}定义，每个元素由一个“键”和一个“值”组成，通过键来快速查找对应的值。
✅ 特点：
- 键必须是不可变类型（如字符串、数字、元组）
- 值可以是任意类型
- 键具有唯一性，不允许重复
1.2 创建字典
# 方法1：直接定义
student = {
"name": "张三",
"age": 20,
"major": "计算机科学"
}
# 方法2：使用 dict() 构造函数
person = dict(name="李四", age=22, city="北京")
# 方法3：从键值对列表创建
data = [("a", 1), ("b", 2)]
d = dict(data) # {'a': 1, 'b': 2}
1.3 字典的基本操作
# 访问值
print(student["name"]) # 输出：张三
# 添加或修改
student["grade"] = "大二" # 添加新键值对
student["age"] = 21 # 修改已有值
# 删除键值对
del student["major"]
# 检查键是否存在
if "name" in student:
print("存在 name 键")
# 获取所有键、值、键值对
print(student.keys()) # dict_keys(['name', 'age', 'grade'])
print(student.values()) # dict_values(['张三', 21, '大二'])
print(student.items()) # dict_items([('name', '张三'), ('age', 21), ('grade', '大二')])
1.4 遍历字典
for key in student:
print(key, ":", student[key])
# 或更推荐的方式
for key, value in student.items():
print(f"{key}: {value}")
二、集合（Set）
2.1 什么是集合？
集合是一种无序、不重复元素的容器，常用于去重和集合运算（如并集、交集等）。集合使用花括号{}或set()函数创建，注意：空集合只能用set()创建，{}表示空字典。
✅ 特点：
- 元素唯一，自动去重
- 元素必须是不可变类型
- 不支持索引访问
2.2 创建集合
# 方法1：使用花括号（非空时）
fruits = {"apple", "banana", "apple", "orange"}
print(fruits) # {'apple', 'banana', 'orange'} —— 自动去重
# 方法2：使用 set() 函数
numbers = set([1, 2, 2, 3, 4]) # {1, 2, 3, 4}
# 空集合
empty_set = set()
2.3 集合的基本操作
# 添加元素
fruits.add("grape")
# 删除元素
fruits.remove("banana") # 若不存在会报错
fruits.discard("kiwi") # 安全删除，不存在也不报错
# 集合运算
set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}
print(set_a | set_b) # 并集: {1, 2, 3, 4, 5}
print(set_a & set_b) # 交集: {3}
print(set_a - set_b) # 差集: {1, 2}
print(set_a ^ set_b) # 对称差集: {1, 2, 4, 5}
三、字典 vs 集合 vs 列表对比
| 特性 | 列表（list） | 字典（dict） | 集合（set） |
|---|---|---|---|
| 是否有序 | 是 | 否（Python 3.7+ 保持插入顺序） | 否 |
| 是否可变 | 是 | 是 | 是 |
| 元素是否唯一 | 否 | 键唯一，值可重复 | 是 |
| 访问方式 | 索引（如 list[0]） | 键（如 dict['name']） | 不支持索引 |
| 典型用途 | 存储有序数据 | 存储键值映射 | 去重、集合运算 |
四、综合练习：学生成绩管理系统
下面我们通过一个实际案例，综合运用列表、字典和集合，实现一个简单的学生成绩管理功能。
需求描述：
- 存储多个学生的姓名、年龄、科目成绩（数学、英语）
- 支持添加学生、查询平均分、统计不及格人数
- 统计所有出现过的科目（使用集合去重）
- 找出数学和英语都及格的学生名单
实现代码：
# 学生数据列表，每个学生是一个字典
students = [
{"name": "张三", "age": 20, "math": 85, "english": 78},
{"name": "李四", "age": 19, "math": 56, "english": 92},
{"name": "王五", "age": 21, "math": 73, "english": 65},
{"name": "赵六", "age": 20, "math": 90, "english": 88}
]
# 1. 添加新学生
def add_student(name, age, math, english):
students.append({
"name": name,
"age": age,
"math": math,
"english": english
})
add_student("钱七", 19, 45, 70)
# 2. 计算所有学生的平均分
def average_score(subject):
total = sum(s[subject] for s in students)
return total / len(students)
print(f"数学平均分: {average_score('math'):.2f}")
print(f"英语平均分: {average_score('english'):.2f}")
# 3. 统计不及格人数（任一科目 < 60）
fail_count = 0
for s in students:
if s["math"] < 60 or s["english"] < 60:
fail_count += 1
print(f"不及格人数: {fail_count}")
# 4. 使用集合获取所有科目（扩展性好）
subjects = set()
for s in students:
subjects.update(s.keys())
# 过滤掉非成绩字段
subjects = {s for s in subjects if s in ["math", "english"]}
print("所有科目:", subjects)
# 5. 找出两科都及格的学生
good_students = []
for s in students:
if s["math"] >= 60 and s["english"] >= 60:
good_students.append(s["name"])
print("双科及格学生:", good_students)
输出结果：
数学平均分: 76.80 英语平均分: 78.20 不及格人数: 2 所有科目: {'math', 'english'} 双科及格学生: ['张三', '王五', '赵六']五、小结
- 字典适用于需要通过“键”快速查找“值”的场景，如配置信息、用户资料等。
- 集合擅长处理去重和集合运算，在数据分析、筛选中非常实用。
- 在实际开发中，经常将列表 + 字典 + 集合组合使用，发挥各自优势。
掌握这些数据结构，不仅能提升代码效率，还能让你写出更清晰、更易维护的程序。
六、课后练习
- 编写一个函数，接收一个单词列表，返回每个单词中不同字母组成的集合。
- 使用字典统计一段文本中每个字符出现的次数。
- 模拟两个班级的学生名单（用集合），找出共同参加活动的学生（交集）。
💡 提示：多动手实践是掌握数据结构的最佳方式！
