如何用Python实现无冗余字典的城市归属查询程序？

题目背景 #

我正在准备Python基础编程考试，这是一道备考练习题：

文件countries.txt中每行包含一个国家名称及其所属城市，示例如下：

USA Boston Pittsburgh Washington Seattle
UK London Edinburgh Cardiff Belfast

编写程序循环提示用户输入城市名称，输出该城市所属国家；若输入未提及的城市，输出“No information about the city ...”；输入“done”则终止程序。程序输出示例如下：

Please enter the name of a city: Cardiff
 Cardiff is in UK
 Please enter the name of a city: Seattle
 Seattle is USA
 Please enter the name of a city: Moscow
 No information about Moscow
 Please enter the name of a city: London
 London is in UK
 Please enter the name of city: done

原始解法及问题 #

我最初的代码实现如下：

handle = open('countries.txt')

pair = dict()
for line in handle:
    line = line.split()
    for word in line:
        pair[word] = line[0]
        
    
while True:
    city = input('Enter city: ')
    if city in pair:
        print(pair[city])
    elif city == 'done':
        break
    elif city not in pair:
        print('No info')

handle.close()

但这个方案存在明显问题：生成的字典包含冗余键值对（比如'USA':'USA'），示例字典如下：

pair = {'USA': 'USA', 'Boston': 'USA', 'Pittsburgh': 'USA', 'Washington': 'USA', 'Seattle': 'USA', 'UK': 'UK', 'London': 'UK', 'Edinburgh': 'UK', 'Cardiff': 'UK', 'Belfast': 'UK'}

这些冗余键值对完全无用，而且用户输入国家名时会返回自身，不符合题目仅处理城市查询的要求。请问该如何解决？字典是不是并非最优方案？

优化方案 #

1. 修正字典构建逻辑，消除冗余 #

问题核心是遍历整行元素时错误地将国家名也作为键存入了字典。只需要把每行第一个元素作为国家，后续元素作为城市，仅将城市作为键存入字典即可：

with open('countries.txt', 'r') as handle:
    city_to_country = {}
    for line in handle:
        parts = line.strip().split()
        if not parts:  # 跳过空行，增强鲁棒性
            continue
        country = parts[0]
        # 仅遍历该行从第二个元素开始的城市
        for city in parts[1:]:
            city_to_country[city] = country

while True:
    city = input('Please enter the name of a city: ')
    if city == 'done':
        break
    if city in city_to_country:
        print(f'{city} is in {city_to_country[city]}')
    else:
        print(f'No information about {city}')

同时做了这些细节优化：

• 使用with语句自动管理文件资源，避免手动关闭文件的遗漏
• 处理空行，防止因文件格式问题报错
• 输出格式完全匹配题目示例要求

2. 字典仍是最优选择 #

字典是处理这类键值查询场景的最优方案，因为字典的成员判断和取值操作时间复杂度均为O(1)，无论数据量多大，查询效率都很高。如果改用列表存储(城市, 国家)元组，每次查询都需要遍历整个列表，时间复杂度为O(n)，数据量大时效率会显著下降。

3. 自动规避国家名输入问题 #

优化后的字典中仅包含城市作为键，当用户输入国家名时，会直接触发“无信息”的输出，完全符合题目仅处理城市查询的要求，无需额外判断。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tommaso Maganzani