Python defaultdict（可以在访问字典中不存在的键时自动创建默认值）（默认字典、默认值字典）（应用：构建多级字典、模拟类对象动态设置和获取属性、实现图论图结构）（可变字典）

Python的defaultdict是collections模块中的一个非常实用的容器，它可以在访问字典中不存在的键时自动创建默认值。这一特性使得defaultdict在构建复杂数据结构时变得异常高效，尤其是在涉及多级字典、模拟类对象的动态属性设置与获取、以及实现图的结构时，defaultdict都有着广泛的应用。

主要特点

与普通的字典不同，defaultdict在初始化时需要接收一个工厂函数（default factory），这个函数用于产生字典中缺失键的默认值。比如，我们可以使用int作为factory函数来创建默认值为0的字典，使用list作为factory函数来创建默认值为空列表的字典。

基本用法

以下是defaultdict的基本用法示例：

from collections import defaultdict

# 使用整数作为默认工厂
int_dict = defaultdict(int)
print(int_dict['a'])  # 输出 0，因为'a'这个键的默认值是0
int_dict['a'] += 1
print(int_dict['a'])  # 输出 1

# 使用列表作为默认工厂
list_dict = defaultdict(list)
print(list_dict['b'])  # 输出 []，默认值是空列表
list_dict['b'].append(1)
list_dict['b'].append(2)
print(list_dict['b'])  # 输出 [1, 2]

应用示例

1. 构建多级字典

defaultdict非常适合用于构建多级字典。例如，假设我们想要记录一个班级中各个学生的成绩，我们可以使用defaultdict来动态创建层级字典。

grades = defaultdict(lambda: defaultdict(list))

# 添加成绩
grades['Alice']['math'].append(95)
grades['Alice']['science'].append(90)
grades['Bob']['math'].append(85)

print(grades)
# 输出：defaultdict(<function <lambda> at 0x...>, {'Alice': defaultdict(<class 'list'>, {'math': [95], 'science': [90]}), 'Bob': defaultdict(<class 'list'>, {'math': [85]})})

在这个例子中，我们通过defaultdict来嵌套另一个defaultdict，使得我们可以方便地记录每个学生在每门课的成绩。

2. 模拟类对象动态设置和获取属性

另一个常见的用例是模拟一个类对象，使用defaultdict动态设置和获取属性。

class DynamicAttributes:
    def __init__(self):
        self.attributes = defaultdict(int)  # 默认值为0

    def set_attribute(self, key, value):
        self.attributes[key] = value

    def get_attribute(self, key):
        return self.attributes[key]

obj = DynamicAttributes()
obj.set_attribute('speed', 100)
print(obj.get_attribute('speed'))  # 输出 100
print(obj.get_attribute('height'))  # 输出 0，默认值

3. 实现图的结构

在图论的应用中，defaultdict也能简化图的构建过程，比如在无向图中，我们可以使用defaultdict(list)来存储邻接表。

graph = defaultdict(list)

# 添加边
edges = [(1, 2), (1, 3), (2, 3), (3, 4)]
for u, v in edges:
    graph[u].append(v)
    graph[v].append(u)

print(graph)  # 输出: defaultdict(<class 'list'>, {1: [2, 3], 2: [1, 3], 3: [1, 2, 4], 4: [3]})

总结

defaultdict提供了一种便捷的方式来处理字典中的缺失键问题，使得我们能够快速构建复杂的数据结构和实现动态属性设置。在实际编程中，利用defaultdict可以大大提高代码的可读性和维护性，是Python开发者必备的工具之一。