Python的setdefault与defaultdict函数怎么用

在Python编程中，处理字典（dict）时，经常会遇到需要为不存在的键设置默认值的情况。为了简化这一过程，Python提供了两种非常有用的工具：setdefault方法和collections.defaultdict类。本文将详细介绍这两种方法的使用场景、区别以及如何在实际编程中应用它们。

1. setdefault方法

setdefault是Python字典对象的一个内置方法，用于获取指定键的值。如果该键不存在，则设置一个默认值并返回该默认值。其语法如下：

dict.setdefault(key, default=None)

• key：要查找的键。
• default：如果键不存在时设置的默认值。如果未提供，则默认为None。

1.1 使用场景

假设我们有一个字典，用于记录每个人的爱好。我们希望为每个人添加一个爱好，但如果该人尚未在字典中，我们希望为其初始化一个空列表。

hobbies = {}

# 使用setdefault方法
hobbies.setdefault('Alice', []).append('reading')
hobbies.setdefault('Bob', []).append('gaming')
hobbies.setdefault('Alice', []).append('hiking')

print(hobbies)

输出结果为：

{'Alice': ['reading', 'hiking'], 'Bob': ['gaming']}

在这个例子中，setdefault方法首先检查键是否存在。如果不存在，则将其初始化为一个空列表，然后返回该列表。如果键已经存在，则直接返回对应的值。这样，我们可以轻松地为每个人添加多个爱好。

1.2 与直接赋值的区别

如果不使用setdefault，我们需要先检查键是否存在，然后再决定是否初始化：

hobbies = {}

if 'Alice' not in hobbies:
    hobbies['Alice'] = []
hobbies['Alice'].append('reading')

if 'Bob' not in hobbies:
    hobbies['Bob'] = []
hobbies['Bob'].append('gaming')

if 'Alice' not in hobbies:
    hobbies['Alice'] = []
hobbies['Alice'].append('hiking')

print(hobbies)

虽然这段代码也能达到同样的效果，但它显然更加冗长且容易出错。setdefault方法简化了这一过程，使得代码更加简洁和易读。

2. defaultdict类

defaultdict是collections模块中的一个类，它是dict的一个子类。与普通字典不同，defaultdict在初始化时可以指定一个默认值工厂函数。当访问一个不存在的键时，defaultdict会自动调用该工厂函数来生成默认值。

2.1 使用场景

继续以记录爱好的例子为例，我们可以使用defaultdict来简化代码：

from collections import defaultdict

hobbies = defaultdict(list)

hobbies['Alice'].append('reading')
hobbies['Bob'].append('gaming')
hobbies['Alice'].append('hiking')

print(hobbies)

输出结果为：

defaultdict(<class 'list'>, {'Alice': ['reading', 'hiking'], 'Bob': ['gaming']})

在这个例子中，我们创建了一个defaultdict对象，并指定其默认值工厂函数为list。这意味着当我们访问一个不存在的键时，defaultdict会自动调用list()来生成一个空列表作为默认值。

2.2 与setdefault的区别

虽然defaultdict和setdefault都可以用于处理不存在的键，但它们的使用场景和性能有所不同。

• 使用场景：setdefault适用于需要在特定情况下设置默认值的场景，而defaultdict适用于所有键都需要默认值的场景。
• 性能：defaultdict在访问不存在的键时性能更好，因为它不需要每次都检查键是否存在并设置默认值。而setdefault在每次调用时都需要检查键是否存在，因此性能稍差。

2.3 自定义默认值工厂函数

defaultdict的默认值工厂函数不仅限于内置类型，还可以是任何可调用对象。例如，我们可以使用lambda函数来生成自定义的默认值：

from collections import defaultdict

# 使用lambda函数生成默认值
hobbies = defaultdict(lambda: ['unknown'])

hobbies['Alice'].append('reading')
hobbies['Bob'].append('gaming')

print(hobbies['Charlie'])  # 输出: ['unknown']

在这个例子中，当我们访问不存在的键'Charlie'时，defaultdict会自动调用lambda函数生成默认值['unknown']。

3. 实际应用示例

3.1 统计单词频率

假设我们有一个文本文件，我们希望统计每个单词出现的频率。我们可以使用defaultdict来简化这一过程：

from collections import defaultdict

text = "this is a simple example example of a simple text"
words = text.split()

word_count = defaultdict(int)

for word in words:
    word_count[word] += 1

print(word_count)

输出结果为：

defaultdict(<class 'int'>, {'this': 1, 'is': 1, 'a': 2, 'simple': 2, 'example': 2, 'of': 1, 'text': 1})

在这个例子中，我们使用defaultdict(int)来初始化一个默认值为0的字典。当我们访问一个不存在的单词时，defaultdict会自动将其值初始化为0，然后我们再进行加1操作。

3.2 分组数据

假设我们有一个包含多个人员信息的列表，我们希望按城市对人员进行分组。我们可以使用defaultdict来实现：

from collections import defaultdict

people = [
    {'name': 'Alice', 'city': 'New York'},
    {'name': 'Bob', 'city': 'Los Angeles'},
    {'name': 'Charlie', 'city': 'New York'},
    {'name': 'David', 'city': 'Chicago'},
    {'name': 'Eve', 'city': 'Los Angeles'},
]

city_groups = defaultdict(list)

for person in people:
    city_groups[person['city']].append(person['name'])

print(city_groups)

输出结果为：

defaultdict(<class 'list'>, {'New York': ['Alice', 'Charlie'], 'Los Angeles': ['Bob', 'Eve'], 'Chicago': ['David']})

在这个例子中，我们使用defaultdict(list)来初始化一个默认值为空列表的字典。当我们访问一个不存在的城市时，defaultdict会自动将其值初始化为空列表，然后我们将人员姓名添加到该列表中。

4. 总结

setdefault方法和defaultdict类都是处理字典中不存在的键时的有力工具。setdefault适用于需要在特定情况下设置默认值的场景，而defaultdict适用于所有键都需要默认值的场景。在实际编程中，根据具体需求选择合适的工具可以大大简化代码并提高效率。

通过本文的介绍，希望读者能够掌握setdefault和defaultdict的使用方法，并在实际项目中灵活运用它们。