第 7 章 · 从名单走向身份与关系

字典、集合与活动数据

第 6 章用姓名做唯一标识，遇到两位都叫“陈晨”的同学就会误判重复。现在用学号查姓名，用一个字典描述活动，用两个集合分别保存报名与签到学号。关键不只是换了容器，而是每次操作都维护“谁是谁、谁已报名、谁可签到”的规则。

预计阅读: 65 分钟
上机实践: 90 分钟
前置知识: 第 1—6 章
本章产出: 个人活动数据程序

学完本章，你应该能够

用字典的键和值表达学号到姓名、字段名到活动信息的映射。
完成字典增删改查与遍历，区分直接索引和 get() 的结果。
正确建立空集合，用 add()、discard() 和成员判断管理唯一学号。
按“未知 → 重复 → 满额”和“未知 → 未报名 → 已签到”顺序守住两类操作。
用具体学号检验签到与报名的一致性，独立完成八组测试和结构选型说明。

7.1 一种数据结构不能回答所有问题

第 6 章的姓名列表能保留顺序，但无法区分同名同学；本章没有报名先后展示要求，重点是身份映射与唯一关系。四位虚构成员中，20260001 和 20260002 都叫陈晨，仍是两个不同的人。学号必须保留为字符串，不把它当作可算术运算的数字。

问题	选择	为什么
学号对应哪位成员？	字典 `members`	用唯一学号作键，查到姓名
活动有哪些属性？	字典 `activity`	用 `code/name/capacity` 作字段名
哪些学号已报名？	集合 `registrations`	同一学号只保留一次
哪些学号已签到？	集合 `checkins`	身份唯一，且必须先属于报名集合

本章固定只有一个免费活动，不做费用计算、多活动嵌套或持久化。集合不保证报名顺序；若要稳定显示，用 sorted() 得到临时列表，但不能把排序后的结果说成报名先后。

7.2 字典：由学号查姓名

字典用花括号包围“键: 值”对。members[student_id] 按键取值，不是列表索引；student_id in members 检查的是键是否存在。直接访问不存在的键会得到 KeyError，因此业务操作应先做成员守卫。

student_mapping.py

members = {"20260001": "陈晨", "20260002": "陈晨"}
print(members["20260001"])
print("20260002" in members)
print("陈晨" in members)
print(members.get("99999999"))

运行结果

陈晨
True
False
None

两个键不同，值可以相同。get() 在键不存在时默认返回 None，也可给默认值；它适合安全读取可选信息，但不能因为用了 get() 就跳过“未知学号不能报名”的业务检查。"陈晨" in members 为 False，因为它是值，不是键。

7.3 活动字典的增、删、改、查与遍历

活动字段名是固定的教学约定：code、name、capacity。为某个键赋值，若键已存在就是修改，不存在就是新增。用 del 可删除一个已存在的键；但基础活动记录必须保留三个必需字段，删除示例只在临时字段上做。

activity_fields.py

activity = {"code": "EV-0021", "name": "Python体验营", "capacity": 2}
activity["capacity"] = 3
activity["note"] = "教学演示"
print(activity.get("venue", "地点未定"))
for key, value in activity.items():
    print(f"{key}: {value}")
del activity["note"]
print("note" in activity)

运行结果

地点未定
code: EV-0021
name: Python体验营
capacity: 3
note: 教学演示
False

items() 让每一轮同时得到键和值。这里为了展示“修改”把容量临时改成 3；后面的正式程序仍按预置规则使用容量 2。字典内容一旦修改，后续读取就会看到新值；不要把示例修改偷偷带入八组固定测试。

7.4 集合：同一学号只能出现一次

空集合必须写 set()；空花括号 {} 是空字典。集合的 add() 用于加入，discard() 用于删除，in 用于成员判断。集合本身会去重，但业务程序仍要在重复报名时明确提示，不能只让 add() 静默无事。

set_basics.py

registrations = set()
registrations.add("20260001")
registrations.add("20260001")
registrations.add("20260002")
print(len(registrations))
print("20260002" in registrations)
registrations.discard("99999999")
print(sorted(registrations))

运行结果

2
True
['20260001', '20260002']

discard() 删除不存在的值不会报错；但“没有报错”不等于“取消成功”。若要向学生报告操作结果，仍要先判断对象是否已报名。第 8 章会用它处理取消并同步撤销签到。本章只用 add() 完成报名和签到。

7.5 签到不是另一份随意增长的名单

报名集合与签到集合都存学号，但含义不同：签到者必须先在报名集合中。每次成功签到后，checkins 中的每个学号都应仍在 registrations 中。若只看两个集合的长度，无法发现“签到的是另一个人”这种关系错误。

checkin_guard.py

registrations = {"20260001"}
checkins = set()
student_id = "20260002"
if student_id not in registrations:
    print("签到失败：请先报名")
else:
    checkins.add(student_id)
print(sorted(checkins))

运行结果

签到失败：请先报名
[]

完整报名判断的顺序是“学号不在成员字典 → 已在报名集合 → 名额已满 → 成功加入”；重复应先于满额检查，这样即使已满，也能准确回答“请勿重复报名”。签到判断是“未知学号 → 未报名 → 已签到 → 成功加入”。所有拒绝路径都不改变两个集合。

用关系而非只用数量验收

若报名集合是 {"20260001"}，签到集合却是 {"20260002"}，两边人数都是 1，仍然是错误状态。要逐个检查签到学号是否已经报名，而不是仅比较人数大小。

7.6 完成活动字典与报名签到程序

正式程序使用四位虚构成员、一个容量 2 的活动，固定读取三次报名和两次签到。每轮都读取一个学号，包括已满额时的第三次报名；否则无法给重复或未知学号提供准确反馈。输入先 strip()，空白与未知学号统一按“不存在”处理。

activity_data.py

# 第7章：活动字典与报名、签到集合
# 教学虚构数据；学号是字符串，同名不等于同一人。
members = {
    "20260001": "陈晨",
    "20260002": "陈晨",
    "20260003": "王宁",
    "20260004": "李悦",
}
activity = {"code": "EV-0021", "name": "Python体验营", "capacity": 2}
registrations = set()
checkins = set()

print(f"活动：{activity['code']} {activity['name']}")
for sequence in range(3):
    student_id = input("报名学号：").strip()
    if student_id not in members:
        print("报名失败：学号不存在")
    elif student_id in registrations:
        print("报名失败：请勿重复报名")
    elif len(registrations) >= activity["capacity"]:
        print("报名失败：名额已满")
    else:
        registrations.add(student_id)
        print(f"报名成功：{student_id} {members[student_id]}")

for sequence in range(2):
    student_id = input("签到学号：").strip()
    if student_id not in members:
        print("签到失败：学号不存在")
    elif student_id not in registrations:
        print("签到失败：请先报名")
    elif student_id in checkins:
        print("签到失败：请勿重复签到")
    else:
        checkins.add(student_id)
        print(f"签到成功：{student_id} {members[student_id]}")

print(f"报名人数：{len(registrations)}")
print(f"签到人数：{len(checkins)}")
print(f"剩余名额：{activity['capacity'] - len(registrations)}")
print(f"报名学号：{sorted(registrations)}")
print(f"签到学号：{sorted(checkins)}")

例如报名依次输入 20260001、20260002、20260003，签到依次输入前两位学号：两位同名陈晨都能报名，第三位因名额已满失败；最终报名 2、签到 2、剩余 0。两集合按学号排序输出，仅为了结果稳定，不表达报名先后。

1
先确认身份
学号不存在时不访问 members[student_id]，避免 KeyError。
2
成功路径才更新
只有全部守卫通过才调用 add()，拒绝路径不改状态。
3
从集合读出统计
报名、签到人数分别由 len() 得到，剩余名额由容量减报名人数得到。

7.7 八组规则测试：每组重新运行

表中每组都输入五次：前三次是报名，后两次是签到；“回车”表示空输入。先预测完整最终状态，再运行并记录实际提示和两个具体学号集合。

组	三次报名 → 两次签到	关键预期
A	01、02、03 → 01、02	两位陈晨均成功；03 满额；报名 2、签到 2
B	01、01、03 → 01、01	重复报名、重复签到各被拒；签到 1
C	未知、01、01 → 02、01	未知被拒；02 未报名；报名 1、签到 1
D	回车、回车、回车 → 回车、回车	两集合为空；剩余名额 2
E	“ 01 ”、02、03 → “ 01 ”、02	首尾空白被清洗；报名、签到均 2
F	01、02、03 → 未知、03	未知签到、未报名签到被拒；签到 0
G	01、02、01 → 01、02	满额时第三次重复仍报“请勿重复报名”
H	04、03、04 → 04、03	最终显示按学号排序为 03、04

表中 01—04 是 20260001—20260004 的阅读缩写，实际输入必须是完整八位学号；“未知”可输入 99999999。若未知学号触发 KeyError，检查字典访问是否早于身份守卫；若重复时错误报满额，检查判断顺序；若集合内容与人数矛盾，检查是否维护了多余的独立计数器。

7.8 练习与个人任务

先预测，再揭示

键还是值
两位陈晨在字典中是重复键吗？"陈晨" in members 会得到什么？
查看答案
不是。键是不同的学号，值可以相同；姓名不在键中，结果为 False。
空容器
{} 与 set() 分别创建什么？
查看答案
前者是空字典，后者才是空集合。
人数与关系
报名为 01，签到为 02，为什么“两个集合人数都是 1”仍不能算通过？
查看答案
签到的具体学号 02 不在报名集合中，违反“先报名后签到”。

第 7 周 · 个人机房任务

独立实现活动数据程序

每位学生维护自己的四份数据并提交源代码、测试表与解释；同伴可以提供测试输入，但不替代个人判断或提交。

最低验收要求

提交 w07_学号_activity_sets.py，保留四位虚构成员、一个容量 2 的免费活动、两份初始空集合。
固定三次报名、两次签到；即使满额也读完输入，不加 q 口令或菜单。
按规定优先级给出拒绝原因；只有成功路径调用 add()，用 len() 和 sorted() 汇总。
提交 A—H 八组“预期—实际—结论—修正后复测”，说明两位同名者为何都能报名。
限时修改另存文件：在汇总后用 for 遍历排序后的报名学号，逐个判断不在签到集合者，显示未签到人数与名单；不另存一份长期同步的集合。
提交 80—150 字结构选型与错误复盘，解释字典、集合各自解决了什么问题。

下载完整演示代码

本章不引入嵌套字典、推导式、复杂集合运算、自定义函数或文件。第 8 章才把各操作装入持续运行的菜单；现在固定轮次更便于先验证两集合的规则。

章末检查

我用学号作键，不拿姓名代替身份。
我知道字典 get() 与直接索引的差别。
我能解释空字典和空集合的写法。
我检查签到学号属于报名集合，而非只比较人数。

延伸阅读：廖雪峰《Python教程》在线 PDF中的“dict 和 set”，以及菜鸟教程 Python 3 字典、Python 3 集合。项目规则以本章的虚构数据和课程主数据为准。