Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)詳細(xì)
1. 關(guān)于列表更多的內(nèi)容
Python 的列表數(shù)據(jù)類型包含更多的方法。這里是所有的列表對(duì)象方法:
list.``append
(x)
把一個(gè)元素添加到列表的結(jié)尾,相當(dāng)于 a[len(a):] = [x]
list.``extend
(L)
將一個(gè)給定列表中的所有元素都添加到另一個(gè)列表中,相當(dāng)于 a[len(a):] = L
。
list.``insert
(i, x)
在指定位置插入一個(gè)元素。第一個(gè)參數(shù)是準(zhǔn)備插入到其前面的那個(gè)元素的索引,例如 a.insert(0, x)
會(huì)插入到整個(gè)列表之前,而 a.insert(len(a), x)
相當(dāng)于 a.append(x)。
list.``remove(x)
刪除列表中值為 x 的第一個(gè)元素。如果沒有這樣的元素,就會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤。
list.``pop([i])
從列表的指定位置刪除元素,并將其返回。如果沒有指定索引,a.pop() 返回最后一個(gè)元素。元素隨即從列表中被刪除(方法中 i 兩邊的方括號(hào)表示這個(gè)參數(shù)是可選的,而不是要求你輸入一對(duì)方括號(hào),你會(huì)經(jīng)常在Python 庫參考手冊(cè)中遇到這樣的標(biāo)記)。
list.``clear
()
從列表中刪除所有元素。相當(dāng)于 del a[:]
list.``index(x)
返回列表中第一個(gè)值為 x 的元素的索引。如果沒有匹配的元素就會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤。
list.``count(x)
返回 x 在列表中出現(xiàn)的次數(shù)。
list.``sort()
對(duì)列表中的元素就地進(jìn)行排序。
list.``reverse()
就地倒排列表中的元素。
list.``copy()
返回列表的一個(gè)淺拷貝。等同于 a[:]
。
下面這個(gè)示例演示了列表的大部分方法:
>>> a = [66.25, 333, 333, 1, 1234.5] >>> print(a.count(333), a.count(66.25), a.count('x')) 2 1 0 >>> a.insert(2, -1) >>> a.append(333) >>> a [66.25, 333, -1, 333, 1, 1234.5, 333] >>> a.index(333) 1 >>> a.remove(333) >>> a [66.25, -1, 333, 1, 1234.5, 333] >>> a.reverse() >>> a [333, 1234.5, 1, 333, -1, 66.25] >>> a.sort() >>> a [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5] >>> a.pop() 1234.5 >>> a [-1, 1, 66.25, 333, 333]
也許大家會(huì)發(fā)現(xiàn)像 insert
, remove
或者 sort
這些修改列表的方法沒有打印返回值–它們返回 None
。 [1] 在 python 中對(duì)所有可變的數(shù)據(jù)類型這是統(tǒng)一的設(shè)計(jì)原則。
1.1. 把列表當(dāng)作堆棧使用
列表方法使得列表可以很方便的做為一個(gè)堆棧來使用,堆棧作為特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),最先進(jìn)入的元素最后一個(gè)被釋放(后進(jìn)先出)。用 append()
方法可以把一個(gè)元素添加到堆棧頂。用不指定索引的 pop()
方法可以把一個(gè)元素從堆棧頂釋放出來。例如:
>>> stack = [3, 4, 5] >>> stack.append(6) >>> stack.append(7) >>> stack [3, 4, 5, 6, 7] >>> stack.pop() 7 >>> stack [3, 4, 5, 6] >>> stack.pop() 6 >>> stack.pop() 5 >>> stack [3, 4]
1.2. 把列表當(dāng)作隊(duì)列使用
你也可以把列表當(dāng)做隊(duì)列使用,隊(duì)列作為特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),最先進(jìn)入的元素最先釋放(先進(jìn)先出)。不過,列表這樣用效率不高。相對(duì)來說從列表末尾添加和彈出很快;在頭部插入和彈出很慢(因?yàn)椋瑸榱艘粋€(gè)元素,要移動(dòng)整個(gè)列表中的所有元素)。
要實(shí)現(xiàn)隊(duì)列,使用 collections.deque
,它為在首尾兩端快速插入和刪除而設(shè)計(jì)。例如:
>> from collections import deque >>> queue = deque(["Eric", "John", "Michael"]) >>> queue.append("Terry") # Terry arrives >>> queue.append("Graham") # Graham arrives >>> queue.popleft() # The first to arrive now leaves 'Eric' >>> queue.popleft() # The second to arrive now leaves 'John' >>> queue # Remaining queue in order of arrival deque(['Michael', 'Terry', 'Graham'])
1.3. 列表推導(dǎo)式
列表推導(dǎo)式為從序列中創(chuàng)建列表提供了一個(gè)簡單的方法。普通的應(yīng)用程式通過將一些操作應(yīng)用于序列的每個(gè)成員并通過返回的元素創(chuàng)建列表,或者通過滿足特定條件的元素創(chuàng)建子序列。
例如, 假設(shè)我們創(chuàng)建一個(gè) squares
列表, 可以像下面方式:
>>> squares = [] >>> for x in range(10): ... squares.append(x**2) ... >>> squares [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
注意這個(gè) for 循環(huán)中的被創(chuàng)建(或被重寫)的名為 x 的變量在循環(huán)完畢后依然存在。使用如下方法,我們可以計(jì)算squares
的值而不會(huì)產(chǎn)生任何的副作用:
squares = list(map(lambda x: x**2, range(10)))
或者,等價(jià)于:
squares = [x**2 for x in range(10)]
上面這個(gè)方法更加簡明且易讀.
列表推導(dǎo)式由包含一個(gè)表達(dá)式的括號(hào)組成,表達(dá)式后面跟隨一個(gè) for
子句,之后可以有零或多個(gè) for
或 if
子句。結(jié)果是一個(gè)列表,由表達(dá)式依據(jù)其后面的 for
和 if
子句上下文計(jì)算而來的結(jié)果構(gòu)成。
例如,如下的列表推導(dǎo)式結(jié)合兩個(gè)列表的元素,如果元素之間不相等的話:
>>> [(x, y) for x in [1,2,3] for y in [3,1,4] if x != y] [(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 1), (2, 4), (3, 1), (3, 4)]
等同于:
>>> combs = [] >>> for x in [1,2,3]: ... for y in [3,1,4]: ... if x != y: ... combs.append((x, y)) ... >>> combs [(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 1), (2, 4), (3, 1), (3, 4)]
值得注意的是在上面兩個(gè)方法中的 for 和 if 語句的順序。
如果想要得到一個(gè)元組(例如,上面例子中的 (x, y)),必須要加上括號(hào):
>>> vec = [-4, -2, 0, 2, 4] >>> # create a new list with the values doubled >>> [x*2 for x in vec] [-8, -4, 0, 4, 8] >>> # filter the list to exclude negative numbers >>> [x for x in vec if x >= 0] [0, 2, 4] >>> # apply a function to all the elements >>> [abs(x) for x in vec] [4, 2, 0, 2, 4] >>> # call a method on each element >>> freshfruit = [' banana', ' loganberry ', 'passion fruit '] >>> [weapon.strip() for weapon in freshfruit] ['banana', 'loganberry', 'passion fruit'] >>> # create a list of 2-tuples like (number, square) >>> [(x, x**2) for x in range(6)] [(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)] >>> # the tuple must be parenthesized, otherwise an error is raised >>> [x, x**2 for x in range(6)] File "<stdin>", line 1, in ? [x, x**2 for x in range(6)] ^ SyntaxError: invalid syntax >>> # flatten a list using a listcomp with two 'for' >>> vec = [[1,2,3], [4,5,6], [7,8,9]] >>> [num for elem in vec for num in elem] [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
列表推導(dǎo)式可使用復(fù)雜的表達(dá)式和嵌套函數(shù):
>>> from math import pi >>> [str(round(pi, i)) for i in range(1, 6)] ['3.1', '3.14', '3.142', '3.1416', '3.14159']
1.4. 嵌套的列表推導(dǎo)式
列表解析中的第一個(gè)表達(dá)式可以是任何表達(dá)式,包括列表解析。
考慮下面由三個(gè)長度為 4 的列表組成的 3x4 矩陣:
>>> matrix = [ ... [1, 2, 3, 4], ... [5, 6, 7, 8], ... [9, 10, 11, 12], ... ]
現(xiàn)在,如果你想交換行和列,可以用嵌套的列表推導(dǎo)式:
>>> [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)] [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]
像前面看到的,嵌套的列表推導(dǎo)式是對(duì) for 后面的內(nèi)容進(jìn)行求值,所以上例就等價(jià)于:
>>> transposed = [] >>> for i in range(4): ... transposed.append([row[i] for row in matrix]) ... >>> transposed [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]
反過來說,如下也是一樣的:
>>> transposed = [] >>> for i in range(4): ... # the following 3 lines implement the nested listcomp ... transposed_row = [] ... for row in matrix: ... transposed_row.append(row[i]) ... transposed.append(transposed_row) ... >>> transposed [[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]
在實(shí)際中,你應(yīng)該更喜歡使用內(nèi)置函數(shù)組成復(fù)雜流程語句。對(duì)此種情況 zip() 函數(shù)將會(huì)做的更好:
>>> list(zip(*matrix)) [(1, 5, 9), (2, 6, 10), (3, 7, 11), (4, 8, 12)]
更多關(guān)于本行中使用的星號(hào)的說明,參考 參數(shù)列表的分拆。
2. del 語句
有個(gè)方法可以從列表中按給定的索引而不是值來刪除一個(gè)子項(xiàng): del
語句。它不同于有返回值的 pop()
方法。語句 del
還可以從列表中刪除切片或清空整個(gè)列表(我們以前介紹過一個(gè)方法是將空列表賦值給列表的切片)。例如:
>>> a = [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5] >>> del a[0] >>> a [1, 66.25, 333, 333, 1234.5] >>> del a[2:4] >>> a [1, 66.25, 1234.5] >>> del a[:] >>> a []
del 也可以刪除整個(gè)變量:
>>> del a
此后再引用命名 a 會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤(直到另一個(gè)值賦給它為止)。我們?cè)诤竺娴膬?nèi)容中可以看到 del
的其它用法。
3. 元組和序列
我們知道列表和字符串有很多通用的屬性,例如索引和切割操作。它們是 序列 類型(參見 Sequence Types — list, tuple
, range
)中的兩種。因?yàn)?Python
是一個(gè)在不停進(jìn)化的語言,也可能會(huì)加入其它的序列類型,這里介紹另一種標(biāo)準(zhǔn)序列類型: 元組 。
一個(gè)元組由數(shù)個(gè)逗號(hào)分隔的值組成,例如:
>>> t = 12345, 54321, 'hello!' >>> t[0] 12345 >>> t (12345, 54321, 'hello!') >>> # Tuples may be nested: ... u = t, (1, 2, 3, 4, 5) >>> u ((12345, 54321, 'hello!'), (1, 2, 3, 4, 5)) >>> # Tuples are immutable: ... t[0] = 88888 Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: 'tuple' object does not support item assignment >>> # but they can contain mutable objects: ... v = ([1, 2, 3], [3, 2, 1]) >>> v ([1, 2, 3], [3, 2, 1])
如你所見,元組在輸出時(shí)總是有括號(hào)的,以便于正確表達(dá)嵌套結(jié)構(gòu)。在輸入時(shí)可以有或沒有括號(hào),不過經(jīng)常括號(hào)都是必須的(如果元組是一個(gè)更大的表達(dá)式的一部分)。不能給元組的一個(gè)獨(dú)立的元素賦值(盡管你可以通過聯(lián)接和切割來模擬)。還可以創(chuàng)建包含可變對(duì)象的元組,例如列表。
雖然元組和列表很類似,它們經(jīng)常被用來在不同的情況和不同的用途。元組有很多用途。例如 (x, y) 坐標(biāo)對(duì),數(shù)據(jù)庫中的員工記錄等等。元組就像字符串, 不可變的。通常包含不同種類的元素并通過分拆(參閱本節(jié)后面的內(nèi)容) 或索引訪問(如果是 namedtuples
,甚至可以通過屬性)。列表是 可變的 ,它們的元素通常是相同類型的并通過迭代訪問。
一個(gè)特殊的問題是構(gòu)造包含零個(gè)或一個(gè)元素的元組:為了適應(yīng)這種情況,語法上有一些額外的改變。一對(duì)空的括號(hào)可以創(chuàng)建空元組;要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)單元素元組可以在值后面跟一個(gè)逗號(hào)(在括號(hào)中放入一個(gè)單值不夠明確)。丑陋,但是有效。例如:
>>> empty = () >>> singleton = 'hello', # <-- note trailing comma >>> len(empty) 0 >>> len(singleton) 1 >>> singleton ('hello',)
語句 t = 12345
, 54321
, 'hello
!' 是 元組封裝 (tuple packing
)的一個(gè)例子:值 12345
, 54321
和 'hello
!' 被封裝進(jìn)元組。其逆操作可能是這樣:
>>> x, y, z = t
這個(gè)調(diào)用等號(hào)右邊可以是任何線性序列,稱之為 序列拆封 非常恰當(dāng)。序列拆封要求左側(cè)的變量數(shù)目與序列的元素個(gè)數(shù)相同。要注意的是可變參數(shù)(multiple assignment
)其實(shí)只是元組封裝和序列拆封的一個(gè)結(jié)合。
4. 集合
Python
還包含了一個(gè)數(shù)據(jù)類型 —— set (集合)。集合是一個(gè)無序不重復(fù)元素的集。基本功能包括關(guān)系測(cè)試和消除重復(fù)元素。集合對(duì)象還支持 union
(聯(lián)合),intersection
(交),difference
(差)和 sysmmetric difference
(對(duì)稱差集)等數(shù)學(xué)運(yùn)算。
大括號(hào)或 set()
函數(shù)可以用來創(chuàng)建集合。注意:想要?jiǎng)?chuàng)建空集合,你必須使用 set() 而不是 {}。后者用于創(chuàng)建空字典,我們?cè)谙乱还?jié)中介紹的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
以下是一個(gè)簡單的演示:
>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'} >>> print(basket) # show that duplicates have been removed {'orange', 'banana', 'pear', 'apple'} >>> 'orange' in basket # fast membership testing True >>> 'crabgrass' in basket False >>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words ... >>> a = set('abracadabra') >>> b = set('alacazam') >>> a # unique letters in a {'a', 'r', 'b', 'c', 'd'} >>> a - b # letters in a but not in b {'r', 'd', 'b'} >>> a | b # letters in either a or b {'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'} >>> a & b # letters in both a and b {'a', 'c'} >>> a ^ b # letters in a or b but not both {'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
類似 列表推導(dǎo)式,這里有一種集合推導(dǎo)式語法:
>>> a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'} >>> a {'r', 'd'}
字典:
另一個(gè)非常有用的 Python
內(nèi)建數(shù)據(jù)類型是 字典 (參見 Mapping Types — dict
)。字典在某些語言中可能稱為 聯(lián)合內(nèi)存 ( associative memories
)或 聯(lián)合數(shù)組 ( associative arrays )。序列是以連續(xù)的整數(shù)為索引,與此不同的是,字典以 關(guān)鍵字 為索引,關(guān)鍵字可以是任意不可變類型,通常用字符串或數(shù)值。如果元組中只包含字符串和數(shù)字,它可以做為關(guān)鍵字,如果它直接或間接的包含了可變對(duì)象,就不能當(dāng)做關(guān)鍵字。不能用列表做關(guān)鍵字,因?yàn)榱斜砜梢杂盟饕?、切割或?append()
和 extend()
等方法改變。
理解字典的最佳方式是把它看做無序的鍵: 值對(duì) (key:value 對(duì))集合,鍵必須是互不相同的(在同一個(gè)字典之內(nèi))。一對(duì)大括號(hào)創(chuàng)建一個(gè)空的字典: {} 。初始化列表時(shí),在大括號(hào)內(nèi)放置一組逗號(hào)分隔的鍵:值對(duì),這也是字典輸出的方式。
字典的主要操作是依據(jù)鍵來存儲(chǔ)和析取值。也可以用 del 來刪除鍵:值對(duì)(key:value
)。如果你用一個(gè)已經(jīng)存在的關(guān)鍵字存儲(chǔ)值,以前為該關(guān)鍵字分配的值就會(huì)被遺忘。試圖從一個(gè)不存在的鍵中取值會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。
對(duì)一個(gè)字典執(zhí)行 list(d.keys())
將返回一個(gè)字典中所有關(guān)鍵字組成的無序列表(如果你想要排序,只需使用 sorted(d.keys()) )
。[2] 使用 in 關(guān)鍵字(指Python語法)可以檢查字典中是否存在某個(gè)關(guān)鍵字(指字典)。
這里是使用字典的一個(gè)小示例:
>>> tel = {'jack': 4098, 'sape': 4139} >>> tel['guido'] = 4127 >>> tel {'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098} >>> tel['jack'] 4098 >>> del tel['sape'] >>> tel['irv'] = 4127 >>> tel {'guido': 4127, 'irv': 4127, 'jack': 4098} >>> list(tel.keys()) ['irv', 'guido', 'jack'] >>> sorted(tel.keys()) ['guido', 'irv', 'jack'] >>> 'guido' in tel True >>> 'jack' not in tel False
dict()
構(gòu)造函數(shù)可以直接從 key-value
對(duì)中創(chuàng)建字典:
>>> dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)]) {'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}
此外,字典推導(dǎo)式可以從任意的鍵值表達(dá)式中創(chuàng)建字典:
>>> {x: x**2 for x in (2, 4, 6)} {2: 4, 4: 16, 6: 36}
如果關(guān)鍵字都是簡單的字符串,有時(shí)通過關(guān)鍵字參數(shù)指定 key-value
對(duì)更為方便:
>>> dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098) {'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}
6. 循環(huán)技巧
在字典中循環(huán)時(shí),關(guān)鍵字和對(duì)應(yīng)的值可以使用 items()
方法同時(shí)解讀出來:
>>> knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'} >>> for k, v in knights.items(): ... print(k, v) ... gallahad the pure robin the brave
在序列中循環(huán)時(shí),索引位置和對(duì)應(yīng)值可以使用 enumerate()
函數(shù)同時(shí)得到:
>>> for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']): ... print(i, v) ... 0 tic 1 tac 2 toe
同時(shí)循環(huán)兩個(gè)或更多的序列,可以使用 zip() 整體打包:
>>> questions = ['name', 'quest', 'favorite color'] >>> answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue'] >>> for q, a in zip(questions, answers): ... print('What is your {0}? It is {1}.'.format(q, a)) ... What is your name? It is lancelot. What is your quest? It is the holy grail. What is your favorite color? It is blue.
需要逆向循環(huán)序列的話,先正向定位序列,然后調(diào)用 reversed() 函數(shù):
>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)): ... print(i) ... 9 7 5 3 1
要按排序后的順序循環(huán)序列的話,使用 sorted()
函數(shù),它不改動(dòng)原序列,而是生成一個(gè)新的已排序的序列:
>>> basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'] >>> for f in sorted(set(basket)): ... print(f) ... apple banana orange pear
若要在循環(huán)內(nèi)部修改正在遍歷的序列(例如復(fù)制某些元素),建議您首先制作副本。在序列上循環(huán)不會(huì)隱式地創(chuàng)建副本。切片表示法使這尤其方便:
>>> words = ['cat', 'window', 'defenestrate'] >>> for w in words[:]: # Loop over a slice copy of the entire list. ... if len(w) > 6: ... words.insert(0, w) ... >>> words ['defenestrate', 'cat', 'window', 'defenestrate']
7. 深入條件控制
while
和 if
語句中使用的條件不僅可以使用比較,而且可以包含任意的操作。
比較操作符 in
和 not in
審核值是否在一個(gè)區(qū)間之內(nèi)。操作符 is
和 is not
比較兩個(gè)對(duì)象是否相同;這只和諸如列表這樣的可變對(duì)象有關(guān)。所有的比較操作符具有相同的優(yōu)先級(jí),低于所有的數(shù)值操作。
比較操作可以傳遞。例如 a < b == c 審核是否 a 小于 b 并且 b 等于 c
。
比較操作可以通過邏輯操作符 and 和 or 組合,比較的結(jié)果可以用 not 來取反義。這些操作符的優(yōu)先級(jí)又低于比較操作符,在它們之中,not 具有最高的優(yōu)先級(jí), or 優(yōu)先級(jí)最低,所以 A and not B or C
等于 (A and (notB)) or C。當(dāng)然,括號(hào)也可以用于比較表達(dá)式。
邏輯操作符 and 和 or 也稱作短路操作符:它們的參數(shù)從左向右解析,一旦結(jié)果可以確定就停止。例如,如果 A 和 C 為真而 B 為假, A and B and C
不會(huì)解析 C。作用于一個(gè)普通的非邏輯值時(shí),短路操作符的返回值通常是最后一個(gè)變量。
可以把比較或其它邏輯表達(dá)式的返回值賦給一個(gè)變量,例如:
>>> string1, string2, string3 = '', 'Trondheim', 'Hammer Dance' >>> non_null = string1 or string2 or string3 >>> non_null 'Trondheim'
需要注意的是 Python
與 C
不同,在表達(dá)式內(nèi)部不能賦值。C 程序員經(jīng)常對(duì)此抱怨,不過它避免了一類在 C 程序中司空見慣的錯(cuò)誤:想要在解析式中使 == 時(shí)誤用了 = 操作符。
8. 比較序列和其它類型
序列對(duì)象可以與相同類型的其它對(duì)象比較。比較操作按 字典序 進(jìn)行:首先比較前兩個(gè)元素,如果不同,就決定了比較的結(jié)果;如果相同,就比較后兩個(gè)元素,依此類推,直到所有序列都完成比較。如果兩個(gè)元素本身就是同樣類 型的序列,就遞歸字典序比較。如果兩個(gè)序列的所有子項(xiàng)都相等,就認(rèn)為序列相等。如果一個(gè)序列是另一個(gè)序列的初始子序列,較短的一個(gè)序列就小于另一個(gè)。字符 串的字典序按照單字符的 ASCII 順序。下面是同類型序列之間比較的一些例子:
(1, 2, 3) < (1, 2, 4) [1, 2, 3] < [1, 2, 4] 'ABC' < 'C' < 'Pascal' < 'Python' (1, 2, 3, 4) < (1, 2, 4) (1, 2) < (1, 2, -1) (1, 2, 3) == (1.0, 2.0, 3.0) (1, 2, ('aa', 'ab')) < (1, 2, ('abc', 'a'), 4)
需要注意的是如果通過 < 或者 > 比較的對(duì)象只要具有合適的比較方法就是合法的。比如,混合數(shù)值類型是通過它們的數(shù)值進(jìn)行比較的,所以 0 是等于 0.0 。否則解釋器將會(huì)觸發(fā)一個(gè) TypeError 異常,而不是提供一個(gè)隨意的結(jié)果。
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