Python 的特殊序列类 collections模块

一、什么是“特殊的序列类”？

• 指的是 Python 标准库 collections 模块中提供的高级数据结构，它们在功能、效率或语法上对内置的列表、字典、元组等序列类型进行了扩展和补充。
• 这些类包括：namedtuple、deque、Counter、OrderedDict、defaultdict、ChainMap 等。

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二、常见的特殊序列类及其作用

1. namedtuple

• 作用：为元组（tuple）添加字段名，使其可以像对象一样通过属性访问元素。
• 用途：让代码更具可读性，适合用来表示结构化数据。
• 示例：

  from collections import namedtuple
  Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
  p = Point(1, 2)
  print(p.x, p.y)  # 1 2
  

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2. deque（双端队列）

• 作用：高效实现队列和栈操作，可以在两端 O(1) 时间插入和删除元素。
• 用途：适合需要频繁在头尾增删元素的场景，如队列、滑动窗口等。
• 示例：

  from collections import deque
  d = deque([1, 2, 3])
  d.appendleft(0)
  d.append(4)
  print(d)  # deque([0, 1, 2, 3, 4])
  d.pop()
  d.popleft()
  

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3. Counter

• 作用：用于计数，统计元素出现的次数，返回字典形式。
• 用途：快速统计、频率分析、词频统计等。
• 示例：

  from collections import Counter
  c = Counter('abracadabra')
  print(c)  # Counter({'a': 5, 'b': 2, 'r': 2, 'c': 1, 'd': 1})
  print(c.most_common(2))  # [('a', 5), ('b', 2)]
  

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4. OrderedDict

• 作用：有序字典，记住元素插入顺序（Python 3.7+ 内置 dict 也已保持有序）。
• 用途：需要顺序敏感的字典操作时。
• 示例：

  from collections import OrderedDict
  od = OrderedDict()
  od['a'] = 1
  od['b'] = 2
  print(od)  # OrderedDict([('a', 1), ('b', 2)])
  

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5. defaultdict

• 作用：为字典提供默认值，访问不存在的键时自动创建并赋默认值。
• 用途：避免 KeyError，适合分组、计数等场景。
• 示例：

  from collections import defaultdict
  dd = defaultdict(list)
  dd['a'].append(1)
  print(dd['a'])  # [1]
  print(dd['b'])  # []，自动创建
  

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6. ChainMap

• 作用：将多个字典或映射合并为一个视图，查找时按顺序依次查找。
• 用途：多级配置、作用域链等。
• 示例：

  from collections import ChainMap
  a = {'x': 1, 'y': 2}
  b = {'y': 3, 'z': 4}
  cm = ChainMap(a, b)
  print(cm['y'])  # 2（优先查找第一个字典）
  print(cm['z'])  # 4
  

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三、这些特殊序列类的优势

• 功能更丰富：如 Counter 直接支持计数，deque 支持高效两端操作。
• 代码更简洁：如 defaultdict 省去判断键是否存在的代码。
• 效率更高：如 deque 在两端插入删除比 list 快得多。
• 可读性更强：如 namedtuple 让元组有名字，代码更易懂。

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四、应用场景举例

• 数据分析：Counter 统计词频，defaultdict 分组聚合。
• 算法实现：deque 实现队列、滑动窗口、BFS等。
• 配置管理：ChainMap 合并多级配置。
• 结构化数据：namedtuple 代替简单的类或结构体。

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五、总结

• Python 的特殊序列类（主要在 collections 模块中）为内置的 list、dict、tuple 提供了更强大、更高效、更灵活的补充。
• 掌握这些工具，可以让你的代码更简洁、性能更好、功能更丰富。