python 官方文档15.0

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使用数据结构来模拟现实世界的事物

• 即使在互联网之前，也可以和世界另一边的人玩一场国际象棋游戏。每个玩家都会在家中设置一个棋盘，然后轮流邮寄一张明信片来描述每个动作。为了做到这一点，玩家需要一个明确描述董事会状况和行动方式的方法。

• 在代数象棋符号中，棋盘上的空格用数字和字母坐标表示，如图5-1所示。
  

• 棋子通过字母识别：K为王，Q为女王，R为烟，B为主教，N为骑士。描述一个动作使用该片段的字母和其目的地的坐标。一对这些动作描述了一轮中发生的情况（首先是白色的）;例如，符号2. Nf3 Nc6表示白色将骑士移动到f3，黑色在游戏的第二回合将骑士移动到c6。

• 有一点比代数符号更重要，但关键是你可以用它来明确描述象棋棋子，而不需要在棋盘前面。你的对手甚至可以在世界的另一边！事实上，如果你有一个良好的记忆，你甚至不需要一个物理象棋集：你可以只读你想象中的邮寄象棋动作和更新板。
• 电脑有很好的记忆力，现代计算机上的程序可以轻松存储数十亿个字符串，如“2”。 Nf3 Nc6'。这是电脑如何下棋而没有物理棋盘。他们模拟数据来表示棋盘，您可以编写代码以使用此模型。
• 这是列表和字典可以进来的地方。您可以使用它们来模拟现实世界的东西，如棋盘。对于第一个例子，您将使用比国际象棋简单的游戏：tic-tac-toe。

Tic-Tac-Toe董事会

• tic-tac-toe板看起来像一个大哈希符号
• 您可以使用字符串值来表示板上每个插槽中的内容：“X”，“O”或“”（空格字符）。因此，您需要存储九个字符串。您可以为此使用值的字典。使用“top-R”键的字符串值可以表示右上角，带有“low-L”键的字符串值可以表示左下角，带有“mid-M”键的字符串值可以代表中间，等等。
• 这个字典是一个代表tic-tac-toe板的数据结构。将这个板上的字典存储在名为theBoard的变量中。

theBoard = {'top-L': ' ', 'top-M': ' ', 'top-R': ' ',
            'mid-L': ' ', 'mid-M': ' ', 'mid-R': ' ',
            'low-L': ' ', 'low-M': ' ', 'low-R': ' '}

存储在板载变量中的数据结构表示图5-3中的tic-tactoe板。

• 由于该板中每个键的值都是单空格字符串，因此该字典表示一个完全清晰的板。如果玩家X首先选择了中间空间，那么你可以用这个字典表示该棋盘：

theBoard = {'top-L': ' ', 'top-M': ' ', 'top-R': ' ',
            'mid-L': ' ', 'mid-M': 'X', 'mid-R': ' ',
            'low-L': ' ', 'low-M': ' ', 'low-R': ' '}

现在的数据结构表示图5-4中的tic-tac-toe板。

* 通过将Os放置在顶部的方式赢得玩家O的董事会可能如下所示：

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'}

现在的数据结构表示图5-5中的tic-tac-toe板。

• 当然，播放器只看到打印到屏幕上的内容，而不是变量的内容。让我们创建一个功能来将板子字典打印到屏幕上。对ticTacToe.py进行以下添加（新代码以粗体显示）：

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'])
printBoard(theBoard)

当您运行此程序时，printBoard（）将打印出一个空白的tic-tactoe板。

| |
-+-+-
| |
-+-+-
| |

• printBoard（）函数可以处理通过它的任何tic-tac-toe数据结构。尝试将代码更改为以下内容：

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)

现在当您运行此程序时，新的电路板将被打印到屏幕上。

O|O|O
-+-+-
X|X|
-+-+-
| |X

因为你创建了一个数据结构来表示一个tic-tac-toe板，并且在printBoard（）中编写代码来解释数据结构，所以现在有一个程序可以“模拟”tic-tac-toe板。您可以以不同的方式组织数据结构（例如，使用“TOP-LEFT”而不是“top-L”）键，但只要代码与数据结构一起使用，您将具有正确的工作程序。

现在我们添加一些允许玩家进入他们的动作的代码。修改ticTacToe.py程序看起来像这样：

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?
mid-M
| |
-+-+-
|X|
-+-+-
| |
Turn for O. Move on which space?
low-L
| |
-+-+-
|X|
-+-+-
O| |

--snip--

O|O|X
-+-+-
X|X|O
-+-+-
O| |X
Turn for X. Move on which space?
low-M
O|O|X
-+-+-
X|X|O
-+-+-
O|X|X

• 这不是一个完整的tic-tac-toe游戏 - 例如，它不会检查玩家是否赢了 - 但是足够看到数据结构如何在程序中使用。
• 如果您好奇，则可以从http://nostarch.com/automatestuff/获取的资源中描述完整的tic-tac-toe程序的源代码。

嵌套字典和列表

建模一个tic-tac-toe板是相当简单：该板只需要一个单一的字典值与九个键值对。当您模拟更复杂的事情时，您可能会发现需要包含其他字典和列表的字典和列表。列表可用于包含一系列有序的值，并且字典对于将键与值相关联很有用。例如，这是一个使用包含其他字典的字典的程序，以查看谁带来了野餐。 totalBrought（）函数可以读取此数据结构，并计算所有guest虚拟机带来的项目总数。

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

• 这可能看起来像这样一个简单的事情来模拟，你不需要麻烦写程序来做到这一点。但是意识到这个相同的totalBrought（）函数可以轻松地处理一个包含数千个客户的字典，每个客户都带有数千个不同的野餐项目。然后将数据结构中的这些信息与totalBrought（）函数一起存储将节省大量时间！
• 只要程序中的其余代码可以正确使用数据模型，就可以用任何你喜欢的方式对数据结构进行建模。当您第一次开始编程时，不用担心数据建模的“正确”方式。随着您获得更多经验，您可以提出更有效的模式，但重要的是数据模型可以满足您的程序需求。