在 O(1) 时间内从 python3 dict 中检索任意键

Question

我需要从 python 字典对象中检索任意键。假设我有一本字典d。以下代码的时间复杂度是多少？

k = next(iter(d.keys()))

我知道 d.key() 在 Python 3 中的时间为 O(1)，next() 的时间为 O(1)。 iter() 会发生什么？ 这可以在 O(1) 时间内完成而不使用额外的空间吗？谢谢！

Answer 1

使用iter（或其他逻辑，例如生成器表达式，声明委托给dict的生成器函数，使用islice等）都是某种形式的包装器，它添加了.__next__()方法和一些位置簿记到对象next() 的视图上运行。

这些在很大程度上有效，因为dicts are iterable，但没有.__next__() method，所以iter 等。正在调用__iter__ 方法，该方法返回一个迭代确实具有__next__ 方法并且是view into the dict。

每个 case 都只是一个 O(1) 调用的包装器，因此一旦声明，它们都将在 O(1) 时间内运行

https://wiki.python.org/moin/TimeComplexity

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这是一个演示

首先创建一个相当大的字典（在慢速系统上这可能需要一段时间）

>>> from uuid import uuid4
>>> d = {str(uuid4()):str(uuid4()) for _ in range(1000000)}

显示这可以直接从现有方法完成

>>> next(d.__iter__()
'1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4'
>>> type(d.__iter__())
<class 'dict_keyiterator'>

其他对象

>>> n1 = iter(d)          # iter function
>>> n2 = (k for k in d)   # generator expression
>>> def y():              # generator delegation
...   yield from d
...
>>> import itertools
>>> i = itertools.islice(d, 1)  # slice one entry from iterable
>>> type(n1)
<class 'dict_keyiterator'>
>>> type(n2)
<class 'generator'>
>>> type(y())
<class 'generator'>
>>> type(i)
<class 'itertools.islice'>

每一个都可以用来读取第一个键

>>> next(n1)
'1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4'
>>> next(n2)
'1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4'
>>> next(y())
'1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4'
>>> next(i)
'1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4'

证明这些都提供了下一个方法

>>> dir(d)
['__class__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__setitem__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'clear', 'copy', 'fromkeys', 'get', 'items', 'keys', 'pop', 'popitem', 'setdefault', 'update', 'values']
>>> "__next__" in dir(d)
False
>>> "__next__" in dir(n1)
True
>>> "__next__" in dir(n2)
True
>>> "__next__" in dir(y())
True
>>> "__next__" in dir(i)
True

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最后，如果需要前 N 个值（而不仅仅是来自 next() 的第一个值），它们也可以在循环中有效地调用，直到达到某个长度或被 islice from itertools 切片，但会产生一些进一步的开销当形成一个列表等时

>>> import itertools
>>> list(itertools.islice(d, 5))
['1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4', 'a920460d-a193-455c-979c-a91fd700f927', 'aeccb371-43d1-4690-8aaa-d6de0cbe3801', '9aaf2a96-9ef4-4610-8723-8401008e190a', 'e4b450aa-50a2-409a-a5b2-ab88285eb770']

>>> list(itertools.islice(y(), 5))
['1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4', 'a920460d-a193-455c-979c-a91fd700f927', 'aeccb371-43d1-4690-8aaa-d6de0cbe3801', '9aaf2a96-9ef4-4610-8723-8401008e190a', 'e4b450aa-50a2-409a-a5b2-ab88285eb770']
>>> list(itertools.islice(n1, 5))
['1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4', 'a920460d-a193-455c-979c-a91fd700f927', 'aeccb371-43d1-4690-8aaa-d6de0cbe3801', '9aaf2a96-9ef4-4610-8723-8401008e190a', 'e4b450aa-50a2-409a-a5b2-ab88285eb770']
>>> list(itertools.islice(n2, 5))
['1273a529-d406-4076-8acc-8993f2613ad4', 'a920460d-a193-455c-979c-a91fd700f927', 'aeccb371-43d1-4690-8aaa-d6de0cbe3801', '9aaf2a96-9ef4-4610-8723-8401008e190a', 'e4b450aa-50a2-409a-a5b2-ab88285eb770']

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另见Python iter() time complexity?（snachysquid对您的回答的第一条评论）