>>> from env_helper import info; info()
待更新
5.3. 使用数据结构对真实世界建模¶
甚至在因特网之前，人们也有办法与世界另一边的某人下一盘国际象棋。 每个棋手在自己家里放好一个棋盘，然后轮流向对方寄出明信片， 描述每一着棋。要做到这一点，棋手需要一种方法， 无二义地描述棋盘的状态，以及他们的着法。 在“代数记谱法”中，棋盘空间由一个数字和字母坐标确定， 如图5-1所示。
图5-1 代数记谱法中棋盘的坐标
棋子用字母表示： K 表示王， Q 表示后， R 表示车，B 表示象， N 表示马。 描述一次移动，用棋子的字母和它的目的地坐标。 一对这样的移动表示一个回合（白方先下)， 例如，棋谱2.Nf3 Nc6表明在棋局的第二回合， 白方将马移动到f3，黑方将马移动到c6。
代数记谱法还有更多内容，但要点是你可以用它无二义地描述象棋游戏， 不需要站在棋盘前。你的对手甚至可以在世界的另一边！ 实际上，如果你的记忆力很好，甚至不需要物理的棋具： 只需要阅读寄来的棋子移动，更新心里想的棋盘。
计算机有很好的记忆力。现在计算机上的程序，
很容易存储几百万个像'2. Nf3 Nc6' 这样的字符串。
这就是为什么计算机不用物理棋盘就能下象棋。 它们用数据建模来表示棋盘，
你可以编写代码来使用这个模型。
这里就可以用到列表和字典。可以用它们对真实世界建模， 例如棋盘。作为第一个例子， 我们将使用比国际象棋简单一点的游戏：井字棋。
5.3.1. 井字棋盘¶
井字棋盘看起来像一个大的井字符号（#），有9个空格， 可以包含 X 、0或空。 要用字典表示棋盘，可以为每个空格分配一个字符串键， 如图5-2所示。
图5-2井字棋盘的空格和它们对应的键
可以用字符串值来表示，棋盘上每个空格有什么： 'X'、'0'
或空格字符)。因此, 需要存储9个字符串。可以用一个字典来做这事。 带有键
'top-R' 的字符串表示右上角， 带有键 'low-L' 的字符串表示左下角，
带有键 'mid-M' 的字符串表示中间，以此类推。
这个字典就是表示井字棋盘的数据结构。 将这个字典表示的棋盘保存在名为
theBoard 的变量中。打开一个文件编辑器窗口， 输入以下代码，并保存为
ticTacToe.py ：
>>> theBoard = {'top-L': ' ', 'top-M': ' ', 'top-R': ' ',
>>> 'mid-L': ' ', 'mid-M': ' ', 'mid-R': ' ',
>>> 'low-L': ' ', 'low-M': ' ', 'low-R': ' '}
保存在 theBoard 变量中的数据结构， 表示了图5-3中的井字棋盘。
图5-3 一个空的井字棋盘
因为 theBoard 变量中每个键的值都是单个空格字符，
所以这个字典表示一个完全干净的棋盘。 如果玩家 X 选择了中间的空格，
就可以用下面这个字典来表示棋盘:
>>> theBoard = {'top-L': ' ', 'top-M': ' ', 'top-R': ' ',
>>> 'mid-L': ' ', 'mid-M': 'X', 'mid-R': ' ',
>>> 'low-L': ' ', 'low-M': ' ', 'low-R': ' '}
theBoard变量中的数据结构现在表示图5-4中的井字棋盘。
图5-4第一着
一个玩家O获胜的棋盘上，他将O横贯棋盘的顶部，看起来像这样:
>>> theBoard = {'top-L': 'O', 'top-M': 'O', 'top-R': 'O',
>>> 'mid-L': 'X', 'mid-M': 'X', 'mid-R': ' ',
>>> 'low-L': ' ', 'low-M': ' ', 'low-R': 'X'}
theBoard变量中的数据结构现在表示图5-5中的井字棋盘。
图5-5玩家O获胜
当然，玩家只看到打印在屏幕上的内容，而不是变量的内容。
让我们创建一个函数，将棋盘字典打印到屏幕上。 将下面代码添加到
ticTacToe.py (新代码是黑体的）：
>>> theBoard = { 'top-L':' ','top-M':' ','top-R':' ',
>>> 'mid-L':' ','mid-M':' ','mid-R':' ',
>>> 'low-L':' ','low-M':' ','low-R':' ',
>>> }
>>>
>>> def printBoard(board):
>>> print(board['top-L'] + '|' + board['top-M'] + '|' + board['top-R'])
>>> print('-+-+-')
>>> print(board['mid-L'] + '|' + board['mid-M'] + '|' + board['mid-R'])
>>> print('-+-+-')
>>> print(board['low-L'] + '|' + board['low-M'] + '|' + board['low-R'])
>>>
>>> printBoard(theBoard)
| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
运行这个程序时， printBoard() 将打印出空白井字棋盘。
printBoard() 函数可以处理传入的任何井字棋数据结构。
尝试将代码改成以下的样子:
>>> theBoard ={'top-L':'O','top-M':'O', 'top-R':'O', 'mid-L': 'X', 'mid-M':'X', 'mid-R':' ', 'low-L': ' ','low-M': ' ', 'low-R': 'X'}
>>> def printBoard(board):
>>> print(board['top-L'] + '|'+ board['top-M']+ '|'+ board['top-R'])
>>> print('-+-+-')
>>> print(board['mid-L'] + '|'+ board['mid-M']+ '|'+ board['mid-R'])
>>> print('-+-+-')
>>> print(board['low-L'] + '|'+ board['low-M']+ '|'+ board['low-R'] )
>>> printBoard(theBoard)
O|O|O
-+-+-
X|X|
-+-+-
| |X
现在运行该程序，新棋盘将打印在屏幕上。
因为你创建了一个数据结构来表示井字棋盘， 编写了 printBoard()
中的代码来解释该数据结构， 所以就有了一个程序，对井字棋盘进行了“建模”。
也可以用不同的方式组织数据结构 （例如，使用 'TOP-LEFT'
这样的键来代替 'top-L' )，
但只要代码能处理你的数据结构，就有了正确工作的程序。
例如， printBoard() 函数预期井字棋数据结构是一个字典，
包含所有9个空格的键。假如传入的字典缺少 'mid-L' 键，
程序就不能工作了。
theBoard ={'top-L':'O','top-M':'O', 'top-R':'O', 'mid-M':'X', 'mid-R':' ', 'low-L': ' ','low-M': ' ', 'low-R': 'X'}
def printBoard(board):
print(board['top-L'] + '|'+ board['top-M']+ '|'+ board['top-R'])
print('-+-+-')
print(board['mid-L'] + '|'+ board['mid-M']+ '|'+ board['mid-R'])
print('-+-+-')
print(board['low-L'] + '|'+ board['low-M']+ '|'+ board['low-R'] )
printBoard(theBoard)
O|O|O
-+-+-
---------------------------------------------------------------------------
KeyError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-12-1856f64a67d7> in <module>()
6 print('-+-+-')
7 print(board['low-L'] + '|'+ board['low-M']+ '|'+ board['low-R'] )
----> 8 printBoard(theBoard)
<ipython-input-12-1856f64a67d7> in printBoard(board)
3 print(board['top-L'] + '|'+ board['top-M']+ '|'+ board['top-R'])
4 print('-+-+-')
----> 5 print(board['mid-L'] + '|'+ board['mid-M']+ '|'+ board['mid-R'])
6 print('-+-+-')
7 print(board['low-L'] + '|'+ board['low-M']+ '|'+ board['low-R'] )
KeyError: 'mid-L'
现在让我们添加代码，允许玩家输入他们的着法。修改 ticTacToe.py
程序如下所示:
>>> theBoard = { 'top-L':' ','top-M':' ','top-R':' ',
>>> 'mid-L':' ','mid-M':' ','mid-R':' ',
>>> 'low-L':' ','low-M':' ','low-R':' ',
>>> }
>>>
>>> def printBoard(board):
>>> print(board['top-L'] + '|' + board['top-M'] + '|' + board['top-R'])
>>> print('-+-+-')
>>> print(board['mid-L'] + '|' + board['mid-M'] + '|' + board['mid-R'])
>>> print('-+-+-')
>>> print(board['low-L'] + '|' + board['low-M'] + '|' + board['low-R'])
>>>
>>> turn = 'X'
>>> for i in range(9):
>>> printBoard(theBoard)
>>> print('Turn for ' + turn + '.Move on which space')
>>> move = input()
>>> theBoard[move] = turn
>>> if turn == 'X':
>>> turn = 'O'
>>> else:
>>> turn = 'X'
>>> printBoard(theBoard)
| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for X.Move on which space
X
| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for O.Move on which space
top-L
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for X.Move on which space
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for O.Move on which space
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for X.Move on which space
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for O.Move on which space
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for X.Move on which space
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for O.Move on which space
X
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
Turn for X.Move on which space
v
O| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |
这不是一个完整的井字棋游戏（例如，它并不检查玩家是否获胜）， 但这已足够展示如何在程序中使用数据结构。
注意 你很好奇，完整的井字棋程序的源代码在网上有介绍，网址是http://nostarch.com/automatestuff/ 。
5.3.2. 嵌套的字典和列表¶
对井字棋盘建模相当简单：棋盘只需要一个字典，包含9 个键值对。
当你对复杂的事物建模时，可能发现字典和列表中需要包含其他字典和列表。
列表适用于包含一组有序的值，字典适合于包含关联的键与值。
例如，下面的程序使用字典包含其他字典，用于记录谁为野餐带来了什么食物。
totalBrought() 函数可以读取这个数据结构，
计算所有客人带来的食物的总数。
>>> allGuests = {'Alice': {'apples': 5, 'pretzels': 12},
>>> 'Bob': {'ham sandwiches': 3, 'apples': 2},
>>> 'Carol': {'cups': 3, 'apple pies': 1}}
>>> def totalBrought(guests, item):
>>> numBrought = 0
>>> for k, v in guests.items():
>>> numBrought = numBrought + v.get(item,0)
>>> return numBrought
>>> print('Number of things being brought:')
>>> print(' - Apples ' + str(totalBrought(allGuests, 'apples')))
>>> print(' - Cups ' + str(totalBrought(allGuests, 'cups')))
>>> print(' - Cakes ' + str(totalBrought(allGuests, 'cakes')))
>>> print(' - Ham Sandwiches ' + str(totalBrought(allGuests, 'ham sandwiches')))
>>> print(' - Apple Pies ' + str(totalBrought(allGuests, 'apple pies')))
Number of things being brought:
- Apples 7
- Cups 3
- Cakes 0
- Ham Sandwiches 3
- Apple Pies 1
这似乎对一个非常简单的东西建模，你可能认为不需要费事去写一个程序来做
到这一点。但是要认识到，这个函数 totalBrought()
可以轻易地处理一个字典， 其中包含数千名客人，每个人都带来了
“数千种”不同的野餐食物。 这样用这种数据结构来保存信息， 并使用
totalBrought() 函数，就会节约大量的时间！
你可以用自己喜欢的任何方法，用数据结构对事物建模，只要程序中其他代码能够 正确处理这个数据模型。在刚开始编程时， 不需要太担心数据建模的“正确”方式。 随着经验增加，你可能会得到更有效的模型， 但重要的是，该数据模型符合程序的需要。
5.3.3. 小结¶
在本章中，你学习了字典的所有相关知识。列表和字典是这样的值， 它们可以包含多个值，包括其他列表和字典。字典是有用的， 因为你可以把一些项（键）映射到另一些项（值）， 它不像列表，只包含一系列有序的值。字典中的值是通过方括号访问的， 像列表一样。字典不是只能使用整数下标，而是可以用各种数据类型作为键： 整型、浮点型、字符串或元组。通过将程序中的值组织成数据结构， 你可以创建真实世界事物的模型。井字棋盘就是这样一个例子。
这就介绍了Python 编程的所有基本概念！在本书后面的部分， 你将继续学习一些新概念，但现在你已学习了足够多的内容， 可以开始编写一些有用的程序，让一些任务自动化。 你可能不觉得自己有足够的 Python 知识，来实现页面下载、 更新电子表格，或发送文本消息。但这就是 Python 模块要干的事！ 这些模块由其他程序员编写，提供了一些函数，让这些事情变得容易。 所以让我们学习如何编写真正的程序，实现有用的自动化任务。