Python图算法优化：defaultdict与dict高效实战指南

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1. 概念与原理

在Python中，defaultdict是collections模块提供的一个字典子类，它解决了在使用普通字典（dict）时可能遇到的键不存在的问题。普通字典在访问一个不存在的键时会抛出KeyError异常，而defaultdict则会在键不存在时自动创建一个默认值，从而避免了这个错误。

defaultdict的核心原理是它在初始化时接受一个工厂函数（factory function），这个函数用于生成默认值。当访问一个不存在的键时，defaultdict会调用这个工厂函数来生成默认值，并将其插入到字典中。这使得defaultdict在处理图算法、计数器等需要频繁检查键是否存在的场景时，比普通字典更加高效和简洁。

2. 代码演示与实践

以下是一个使用defaultdict的简单示例，展示了如何在图算法中高效地存储邻接表。

from collections import defaultdict

# 初始化一个defaultdict，默认值为空列表graph = defaultdict(list)

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

# 打印图的邻接表for node, neighbors in graph.items():   print(f"Node {node} is connected to {neighbors}")

代码说明：

•defaultdict(list)：初始化一个defaultdict，默认值为空列表。这意味着当访问一个不存在的键时，defaultdict会自动创建一个空列表作为默认值。•graph[u].append(v)：将节点v添加到节点u的邻接表中。如果u不存在于字典中，defaultdict会自动创建一个空列表，然后将v添加到列表中。

3. 常见应用场景

3.1 图算法中的邻接表存储

在图算法中，邻接表是一种常见的表示图的方式。使用defaultdict可以高效地存储和操作邻接表，避免了在添加边时频繁检查键是否存在的麻烦。

3.2 计数器

在需要统计元素出现次数的场景中，defaultdict可以初始化为int类型，自动为不存在的键生成默认值0，从而简化计数操作。

3.3 分组操作

在处理需要根据某个键对元素进行分组的场景时，defaultdict可以初始化为list类型，自动为不存在的键生成空列表，从而简化分组操作。

通过以上示例和场景，我们可以看到defaultdict在处理需要频繁检查键是否存在的场景时，比普通字典更加高效和简洁。

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