feat(python基础): 新增字典教学课程

2026-07-29 16:31:08 +08:00
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+# 第 1-10 课：字典
+
+## 一、本课目标
+
+完成本课后，你应该能够：
+
+1. 解释键值对是什么；
+2. 创建字典和空字典；
+3. 使用键读取字典中的值；
+4. 使用 `get()` 安全读取数据；
+5. 添加和修改键值对；
+6. 使用 `pop()`、`del` 和 `clear()` 删除数据；
+7. 使用 `keys()`、`values()` 和 `items()`；
+8. 遍历字典的键、值和键值对；
+9. 使用嵌套字典表达分组配置；
+10. 使用列表保存多个字典记录；
+11. 理解字典键的基本限制；
+12. 判断列表、元组和字典的适用场景。
+
+## 二、前置知识
+
+开始本课前，你应该已经掌握：
+
+- 字符串、数字和布尔值；
+- 列表与元组；
+- `if` 条件判断；
+- `for` 循环；
+- `in` 成员判断；
+- f-string 格式化输出。
+
+## 三、为什么需要字典
+
+上一课可以使用元组保存 Agent 配置：
+
+```python
+agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000, True)
+```
+
+读取配置时依赖固定位置：
+
+```python
+model_name = agent_config[0]
+temperature = agent_config[1]
+```
+
+代码阅读者必须记住每个位置的含义。
+
+字典（Dictionary，类型名为 `dict`）使用名称描述每一项数据：
+
+```python
+agent_config = {
+    "model": "gpt-5",
+    "temperature": 0.7,
+    "max_tokens": 2000,
+    "enabled": True,
+}
+```
+
+读取时直接使用字段名称：
+
+```python
+print(agent_config["model"])
+print(agent_config["temperature"])
+```
+
+这种代码更容易理解，也适合表达配置、用户、产品和接口数据。
+
+## 四、键值对
+
+字典中的每一项由键和值组成，称为键值对（Key-Value Pair）：
+
+```python
+"model": "gpt-5"
+```
+
+- 键（Key）：`"model"`，用于定位数据；
+- 值（Value）：`"gpt-5"`，是真正保存的数据。
+
+键和值之间使用英文冒号 `:`，多个键值对之间使用英文逗号分隔。
+
+## 五、创建字典
+
+### 5.1 创建包含数据的字典
+
+```python
+agent_config = {
+    "model": "gpt-5",
+    "temperature": 0.7,
+    "max_tokens": 2000,
+    "enabled": True,
+}
+```
+
+多行字典的最后一个键值对后保留逗号，是常见的代码风格，便于以后增加字段和查看 Git 差异。
+
+### 5.2 创建空字典
+
+```python
+empty_config = {}
+```
+
+也可以写成：
+
+```python
+empty_config = dict()
+```
+
+初学阶段优先使用 `{}`。
+
+### 5.3 查看类型与长度
+
+```python
+print(type(agent_config))
+print(len(agent_config))
+```
+
+`len()` 返回键值对数量。
+
+## 六、使用方括号读取值
+
+```python
+model_name = agent_config["model"]
+```
+
+方括号中写的是键，不是数字位置。
+
+如果键不存在：
+
+```text
+agent_config["timeout"]
+```
+
+会产生 `KeyError`，中文可以理解为“指定键不存在”。
+
+适用场景：确定该键必须存在，缺少时应当暴露错误。
+
+## 七、使用 `get()` 安全读取
+
+```python
+timeout = agent_config.get("timeout")
+```
+
+键不存在时，默认返回 `None`，不会产生 `KeyError`。
+
+`None` 表示“没有值”或“空值”，它是 Python 中一个特殊对象，不是字符串 `"None"`。
+
+可以设置默认值：
+
+```python
+timeout = agent_config.get("timeout", 30)
+```
+
+如果 `timeout` 不存在，返回整数 `30`。
+
+需要注意：`get()` 返回默认值不会自动把这个键写入字典。
+
+## 八、判断键是否存在
+
+`in` 用于判断字典中是否存在指定键：
+
+```python
+if "model" in agent_config:
+    print(agent_config["model"])
+```
+
+判断不存在：
+
+```python
+if "timeout" not in agent_config:
+    print("尚未配置超时时间")
+```
+
+默认情况下，`in` 检查的是键，不是值：
+
+```python
+print("model" in agent_config)  # True
+print("gpt-5" in agent_config)  # False
+```
+
+## 九、添加和修改键值对
+
+字典是可变对象，可以添加和修改数据。
+
+### 9.1 添加新键
+
+```python
+agent_config["timeout"] = 30
+```
+
+如果键原来不存在，就会新增。
+
+### 9.2 修改已有键
+
+```python
+agent_config["temperature"] = 0.3
+```
+
+如果键已经存在，就会覆盖旧值。
+
+相同语法会根据键是否存在决定“新增”还是“修改”。
+
+## 十、使用 `update()` 更新多个字段
+
+```python
+agent_config.update({
+    "temperature": 0.2,
+    "timeout": 60,
+})
+```
+
+`update()` 会：
+
+- 修改已存在的键；
+- 添加不存在的键。
+
+它直接修改原字典，通常不返回更新后的字典。
+
+## 十一、删除键值对
+
+### 11.1 `pop()` 删除并返回值
+
+```python
+removed_timeout = agent_config.pop("timeout")
+```
+
+键不存在时会产生 `KeyError`。可以提供默认值：
+
+```python
+removed_timeout = agent_config.pop("timeout", None)
+```
+
+这样键不存在时返回 `None`。
+
+### 11.2 `del` 删除指定键
+
+```python
+if "timeout" in agent_config:
+    del agent_config["timeout"]
+```
+
+`del` 不返回被删除的值。
+
+### 11.3 `clear()` 清空字典
+
+```python
+agent_config.clear()
+```
+
+字典变量仍然存在，但键值对数量变为 `0`。
+
+## 十二、获取键、值和键值对
+
+### 12.1 `keys()`
+
+```python
+config_keys = agent_config.keys()
+```
+
+得到所有键。
+
+### 12.2 `values()`
+
+```python
+config_values = agent_config.values()
+```
+
+得到所有值。
+
+### 12.3 `items()`
+
+```python
+config_items = agent_config.items()
+```
+
+得到所有键值对。遍历字典时最常用。
+
+这些方法返回的是字典视图（Dictionary View），不是普通列表。现阶段可以直接遍历；确实需要列表时，可以使用 `list()` 转换。
+
+## 十三、遍历字典
+
+### 13.1 遍历键
+
+```python
+for key in agent_config:
+    print(key)
+```
+
+也可以明确写成：
+
+```python
+for key in agent_config.keys():
+    print(key)
+```
+
+### 13.2 遍历值
+
+```python
+for value in agent_config.values():
+    print(value)
+```
+
+### 13.3 同时遍历键和值
+
+```python
+for key, value in agent_config.items():
+    print(f"{key}：{value}")
+```
+
+`items()` 每次提供一个包含键和值的二元素元组，再通过元组解包分别交给 `key` 和 `value`。
+
+## 十四、字典是否有顺序
+
+现代 Python 字典会保留键值对的插入顺序。
+
+```python
+config = {
+    "model": "gpt-5",
+    "temperature": 0.7,
+    "enabled": True,
+}
+```
+
+遍历时通常按照写入顺序得到这些键。
+
+但是字典的核心用途仍然是“通过键查找值”，不应依赖数字索引访问。字典不支持：
+
+```text
+config[0]
+```
+
+除非数字 `0` 本身就是一个真实的键。
+
+## 十五、字典键必须唯一
+
+一个字典中不能同时存在两个相同的键：
+
+```python
+config = {
+    "model": "gpt-5",
+    "model": "o3",
+}
+```
+
+后面的值会覆盖前面的值，最终 `model` 是 `"o3"`。
+
+因此，字典不能依靠重复键保存多条同名记录。
+
+## 十六、什么数据可以作为键
+
+字典键必须是可哈希（Hashable）的对象。初学阶段可以记住：常见不可变类型通常可以作为键。
+
+常见可用键：
+
+- 字符串；
+- 整数；
+- 浮点数；
+- 布尔值；
+- 只包含不可变元素的元组。
+
+列表不能作为键：
+
+```text
+invalid_dict = {["Python", "FastAPI"]: "工具"}
+```
+
+会产生 `TypeError`，因为列表可变。
+
+实际业务中最常用字符串键，含义清晰，也方便与 JSON 和接口数据对应。
+
+## 十七、嵌套字典
+
+字典的值可以是另一个字典：
+
+```python
+agent_config = {
+    "model": {
+        "name": "gpt-5",
+        "temperature": 0.7,
+    },
+    "runtime": {
+        "timeout": 30,
+        "enabled": True,
+    },
+}
+```
+
+读取嵌套值：
+
+```python
+model_name = agent_config["model"]["name"]
+timeout = agent_config["runtime"]["timeout"]
+```
+
+第一组方括号取得内部字典，第二组方括号从内部字典读取数据。
+
+嵌套层级过深会降低可读性。真实项目应根据业务结构合理分组。
+
+## 十八、列表中保存字典
+
+如果要保存多个 Agent，可以使用列表存放多个字典：
+
+```python
+agents = [
+    {"name": "代码助手", "model": "gpt-5", "enabled": True},
+    {"name": "搜索助手", "model": "o3", "enabled": False},
+]
+```
+
+遍历：
+
+```python
+for agent in agents:
+    print(f"{agent['name']}：{agent['model']}")
+```
+
+可以理解为：
+
+- 列表负责保存多条记录；
+- 每个字典负责描述一条记录的字段。
+
+这种结构在接口返回的 JSON 数据中非常常见。
+
+## 十九、字典中保存列表
+
+字典的值也可以是列表：
+
+```python
+agent = {
+    "name": "代码助手",
+    "tools": ["搜索", "计算", "写作"],
+}
+```
+
+添加一个工具：
+
+```python
+agent["tools"].append("代码执行")
+```
+
+这里先读取 `tools` 对应的列表，再调用列表的 `append()`。
+
+## 二十、字典复制
+
+直接赋值不会创建独立字典：
+
+```python
+original_config = {"model": "gpt-5"}
+alias_config = original_config
+alias_config["model"] = "o3"
+```
+
+两个变量会看到同一个修改结果。
+
+简单字典可以使用 `copy()`：
+
+```python
+copied_config = original_config.copy()
+copied_config["model"] = "o3"
+```
+
+这仍然是浅复制。字典内部如果包含列表或字典，内部对象仍可能共享。深复制属于进阶内容。
+
+## 二十一、列表、元组和字典如何选择
+
+### 列表
+
+适合保存多个同类、有顺序、数量可能变化的数据：
+
+```python
+tools = ["搜索", "计算", "写作"]
+```
+
+### 元组
+
+适合保存固定结构、创建后不希望变化的数据：
+
+```python
+position = (116.4, 39.9)
+```
+
+### 字典
+
+适合保存带字段名称的数据：
+
+```python
+agent = {"name": "代码助手", "model": "gpt-5"}
+```
+
+真实程序通常会组合使用三种结构。
+
+## 二十二、运行本课示例
+
+在 PowerShell 中执行：
+
+```powershell
+cd D:\Code\Python\01_python基础\1_10_字典
+python dictionaries.py
+```
+
+示例无需用户输入，会展示字典的创建、读取、增删改查、遍历、嵌套和复制。
+
+## 二十三、常见错误
+
+### 23.1 使用不存在的键
+
+确定键不一定存在时，可以使用 `get()` 或先使用 `in` 判断。
+
+### 23.2 误以为 `in` 检查值
+
+默认情况下，`in` 检查的是键。
+
+### 23.3 字典键重复
+
+相同键只能保留一个值，后面的值会覆盖前面的值。
+
+### 23.4 使用列表作为键
+
+列表可变，不能作为字典键。
+
+### 23.5 遍历时直接修改字典大小
+
+遍历字典期间直接添加或删除键，可能产生运行错误。需要修改结构时，可以先记录目标，循环结束后再修改。
+
+### 23.6 直接赋值误认为复制
+
+`backup = original` 不会创建独立字典。
+
+## 二十四、课堂练习
+
+打开 `practice.py`，完成“Agent 配置管理器”。
+
+运行命令：
+
+```powershell
+python practice.py
+```
+
+练习会要求你创建配置、读取默认值、修改字段、删除字段、遍历数据，并处理嵌套字典和 Agent 列表。
+
+## 二十五、思考题
+
+1. 字典与元组相比，读取配置时有什么优势？
+2. 方括号读取与 `get()` 有什么区别？
+3. `in` 默认判断字典的键还是值？
+4. 为什么字典键必须唯一？
+5. 为什么列表不能作为字典键？
+6. `items()` 遍历时为什么可以使用两个变量？
+7. 列表中保存字典适合表达什么数据？
+
+## 二十六、本课小结
+
+- 字典使用键值对保存数据；
+- 键用于定位数据，值是真正保存的内容；
+- 方括号适合读取必须存在的键；
+- `get()` 可以安全读取并提供默认值；
+- 字典是可变对象，可以增删改键值对；
+- `keys()`、`values()`、`items()` 提供不同遍历方式；
+- 键必须唯一且可哈希；
+- 字典可以嵌套，也可以与列表组合；
+- 字段明确的数据通常适合使用字典。
+
+## 二十七、验收标准
+
+- [ ] 能创建字典和空字典；
+- [ ] 能使用方括号和 `get()` 读取值；
+- [ ] 能安全添加、修改和删除键值对；
+- [ ] 能判断键是否存在；
+- [ ] 能遍历键、值和键值对；
+- [ ] 能使用嵌套字典；
+- [ ] 能使用列表保存多个字典；
+- [ ] 能解释常见字典键限制；
+- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
+- [ ] 能回答七道思考题。