如何在 Python 字典中查找最大值对应的键

简介

在 Python 中，字典（dictionary）是一种实用的数据结构，它允许你存储键值对。有时，你可能需要找出字典中最大值所对应的键。在这个挑战中，你需要编写一个函数，该函数接受一个字典作为参数，并返回该字典中最大值所对应的键。

这是一个实验（Guided Lab），提供逐步指导来帮助你学习和实践。请仔细按照说明完成每个步骤，获得实际操作经验。根据历史数据，这是一个初级级别的实验，完成率为 92%。获得了学习者 100% 的好评率。

创建基本函数

让我们从创建函数的核心部分开始。我们将逐步构建它。首先，创建一个名为 key_of_max.py 的文件。你可以使用内置的 LabEx 代码编辑器，或者像 nano 或 vim 这样的基于终端的编辑器。在 key_of_max.py 中，添加以下代码：

代码编辑器中的 key_of_max 函数

def key_of_max(d):
  """
  返回字典 'd' 中与最大值关联的键。

  如果多个键具有相同的最大值，则可以返回其中任何一个。
  """
  return max(d, key=d.get)

以下是代码的详细解释：

**def key_of_max(d):**：这行代码定义了一个名为 key_of_max 的函数。它接受一个参数 d，代表我们要处理的字典。
**return max(d, key=d.get)**：这是函数的核心部分。让我们逐步分析它：
- **max(d,...)**：内置的 max() 函数用于找出最大的元素。默认情况下，如果你将一个字典传递给 max()，它会找出最大的 _键_（按字母顺序）。但我们不需要这样，我们想要的是与最大值相关联的 _键_。
- **key=d.get**：这是关键部分。key 参数告诉 max() 如何比较元素。d.get 是字典的一个方法。当你调用 d.get(some_key) 时，它会返回与 some_key 关联的 _值_。通过设置 key=d.get，我们告诉 max()：“使用字典 d 中元素的值来比较它们，而不是使用它们的键。”然后，max() 函数会返回对应于该最大值的 _键_。

处理空字典的情况

我们当前的函数存在一个问题：如果输入的字典 d 为空，它会崩溃。让我们来修复这个问题。将 key_of_max.py 修改为如下内容：

def key_of_max(d):
  """
  返回字典 'd' 中与最大值关联的键。

  如果多个键具有相同的最大值，则可以返回其中任何一个。
  """
  if not d:  ## Check if the dictionary is empty
      return None
  return max(d, key=d.get)

新增的代码行实现了以下功能：

**if not d:**：在 Python 中，空字典被视为“假值”。这个 if 语句用于检查字典 d 是否为空。
**return None**：如果字典为空，就不存在最大值，因此我们返回 None。这是 Python 中表示没有值的标准方式。这样可以防止 max() 函数引发错误。

这是编写健壮代码的关键一步：始终要考虑边界情况！

创建单元测试：基础测试

现在，让我们编写一些测试，以确保我们的函数能正确工作。我们将使用 Python 的 unittest 模块。创建一个名为 test_key_of_max.py 的新文件，并添加以下代码：

import unittest
from key_of_max import key_of_max  ## Import our function

class TestKeyOfMax(unittest.TestCase):

    def test_basic_case(self):
        self.assertEqual(key_of_max({'a': 4, 'b': 0, 'c': 13}), 'c')

    def test_another_case(self):
        self.assertEqual(key_of_max({'apple': 10, 'banana': 5, 'orange': 10}), 'apple')

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

解释：

**import unittest**：导入测试框架。
**from key_of_max import key_of_max**：导入我们要测试的函数。
**class TestKeyOfMax(unittest.TestCase):**：定义一个 _测试类_。测试类将相关的测试组合在一起。
**def test_basic_case(self):**：定义一个 _测试方法_。每个测试方法检查我们函数的一个特定方面。测试方法的名称必须以 test_ 开头。
**self.assertEqual(...)**：这是一个 _断言_。它检查两个值是否相等。如果它们不相等，测试就会失败。在这种情况下，我们检查 key_of_max({'a': 4, 'b': 0, 'c': 13}) 是否返回 'c'，它应该返回这个值。
**def test_another_case(self):**：添加另一个测试用例，以验证最大值对应的键可能不唯一的情况。
**if __name__ == '__main__': unittest.main()**：这是标准的 Python 惯用法，当你直接执行脚本时（例如 python3 test_key_of_max.py），它会运行测试。

从终端运行测试：python3 test_key_of_max.py。你应该会看到输出，表明这两个测试都通过了。

python3 test_key_of_max.py

----------------------------------------------------------------------
Ran 2 tests in 0.000s

OK

测试空字典（边界情况）

让我们专门为空字典的情况添加一个测试。在 test_key_of_max.py 的 TestKeyOfMax 类中添加以下方法：

    def test_empty_dictionary(self):
        self.assertIsNone(key_of_max({}))

**self.assertIsNone(...)**：这个断言用于检查值是否确切为 None。这很重要，因为 self.assertEqual(..., None) 可能会对那些 求值结果 为 None 但实际上并非 None 的情况判定为通过。assertIsNone 更为严格。

再次运行测试（python3 test_key_of_max.py）。现在，所有三个测试（两个基础测试和空字典测试）都应该通过。

python3 test_key_of_max.py

----------------------------------------------------------------------
Ran 3 tests in 0.000s

OK

测试全为负值的情况

作为最后一个测试，让我们处理字典中所有值均为负数的情况。在 TestKeyOfMax 类中添加以下方法：

    def test_all_negative_values(self):
        self.assertEqual(key_of_max({'x': -5, 'y': -2, 'z': -10}), 'y')

这个测试确保我们的函数能正确识别出 负得最少 的值（在这种情况下即为最大值），并返回其关联的键。

最后再运行一次测试（python3 test_key_of_max.py）。所有四个测试都应该通过。这让我们有足够的信心认为我们的函数能正常工作。

你完整的 test_key_of_max.py 文件现在应该如下所示：

import unittest
from key_of_max import key_of_max

class TestKeyOfMax(unittest.TestCase):

    def test_basic_case(self):
        self.assertEqual(key_of_max({'a': 4, 'b': 0, 'c': 13}), 'c')

    def test_another_case(self):
        self.assertEqual(key_of_max({'apple': 10, 'banana': 5, 'orange': 10}), 'apple')

    def test_empty_dictionary(self):
        self.assertIsNone(key_of_max({}))

    def test_all_negative_values(self):
        self.assertEqual(key_of_max({'x': -5, 'y': -2, 'z': -10}), 'y')

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()