Python二维字典

在Python语言中，字典（dict）是一种非常实用的数据类型。它本质上是一种键值对的映射，可以用来实现各种高效的数据组织和数据查询。通常情况下，Python字典的键和值都是单一的数据类型，比如字符串、整数、浮点数等。但有时候，我们也需要将字典的键或值扩展成复合类型，比如二元组、列表、字典等。这时候，二维字典就可以发挥作用了。

二维字典的定义

二维字典是指键或值是另一个字典的字典。它的定义方式非常简单，只需要在定义字典时使用嵌套字典即可。例如，下面的代码定义了一个二维字典：

>>> d = {'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}
>>> print(d)
{'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}

在这个二维字典中，键为’a’和’b’的项对应的值都是一个字典，它们分别有两个键值对：’x’: 1, ‘y’: 2和’x’: 3, ‘y’: 4。除了嵌套字典之外，二维字典还可以有其他类型的键和值，比如字符串、整数等。例如：

>>> d = {'a': 1, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}
>>> print(d)
{'a': 1, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}

在这个二维字典中，键为’b’的项对应的值是一个字典，它有两个键值对：’x’: 3, ‘y’: 4。键为’a’的项对应的值是一个整数1。

二维字典的操作

二维字典和普通字典的操作方式类似，但需要特别注意键和值的数据类型，以及嵌套字典的访问方式。下面列出了几个常用的操作示例：

访问二维字典的元素

访问二维字典的元素需要用到两级键名，第一级对应的是外层字典的键，第二级对应的是内层字典的键。例如，要访问二维字典{‘a’: {‘x’: 1, ‘y’: 2}, ‘b’: {‘x’: 3, ‘y’: 4}}中的元素’b’对应的字典的键’y’对应的值，可以用如下代码：

>>> d = {'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}
>>> print(d['b']['y'])
4

修改二维字典的元素

修改二维字典的元素同样需要用到两级键名。例如，将上面的二维字典中元素’b’对应的字典的键’y’对应的值改为5，可以用如下代码：

>>> d = {'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}
>>> d['b']['y'] = 5
>>> print(d)
{'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 5}}

遍历二维字典的元素

遍历二维字典的元素需要使用两层循环。外层循环遍历外层字典的键，内层循环遍历内层字典的键和值。例如，要遍历二维字典{‘a’: {‘x’: 1, ‘y’: 2}, ‘b’: {‘x’: 3, ‘y’: 4}}的所有元素，可以用如下代码：

>>> d = {'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}
>>> for k1, v1 in d.items():
...     print(k1)
...     for k2, v2 in v1.items():
...         print(k2, v2)
...
a
x 1
y 2
b
x 3
y 4

上面的代码先使用外层循环遍历二维字典的所有键，然后使用内层循环遍历每个内层字典的键和值。

二维字典的长度

二维字典的长度指的是它内部所有的键值对的数量，包括外层字典和内层字典。要求二维字典的长度，可以用以下代码：

>>> d = {'a': {'x': 1, 'y': 2}, 'b': {'x': 3, 'y': 4}}
>>> print(len(d))
2
>>> count = 0
>>> for k1, v1 in d.items():
...     count += len(v1)
...
>>> print(count)
4

上面的代码中，第一个print语句输出了外层字典的长度，即2；第二个print语句使用循环累加了内部所有字典的长度，即4。

二维字典的实际应用

二维字典在实际应用中非常实用，它常常被用来记录数据表格、图形等复合型数据结构。例如，我们可以使用二维字典来保存一组学生成绩数据，其中每一位学生都对应一个字典，里面存储了各科成绩的键值对：

>>> scores = {'Tom': {'Math': 98, 'English': 87, 'Science': 94},
...           'Lucy': {'Math': 85, 'English': 92, 'Science': 88},
...           'Lily': {'Math': 78, 'English': 83, 'Science': 79}}
>>> print(scores['Tom']['English'])
87

上面的代码中，我们定义了一个二维字典scores，记录了三位学生的数学、英语和科学成绩。通过索引可以方便地访问任意一位学生的任意一门科目的成绩。

另外，二维字典还常常用于记录图形的边和节点数据。例如，我们可以使用二维字典来记录一张有向图的边数据，其中每个节点对应一个字典，里面存储了所有邻接节点的键值对：

>>> graph = {'A': {'B': 3, 'C': 4},
...          'B': {'D': 2, 'E': 4},
...          'C': {'F': 5},
...          'D': {'F': 1, 'G': 2},
...          'E': {'G': 4},
...          'F': {'G': 1}}
>>> print(graph['A']['C'])
4

上面的代码中，我们定义了一个二维字典graph，记录了一张有向图的边数据。通过索引可以方便地访问任意节点的邻接节点和边权重。

结论

二维字典是Python语言中非常实用的数据类型，它可以用来记录复合型数据组织和数据查询。二维字典的定义方式非常简单，只需要在字典中使用嵌套字典即可。二维字典的操作方式和普通字典类似，需要特别注意键和值的数据类型，以及嵌套字典的访问方式。在实际应用中，二维字典常常用于记录数据表格、图形的边和节点数据等复合型数据结构。掌握二维字典的使用，可以为数据处理和算法设计提供更多的灵活性和可扩展性。