Каким образом осуществляется хранение данных внутри структуры данных в виде словаря?

В Python словарь (dict) хранит данные в виде пар ключ-значение. Внутри словарь реализован с помощью хеш-таблицы.

Когда добавляется пара ключ-значение, ключ проходит через хеш-функцию, которая вычисляет индекс в массиве, где будет храниться значение. Если возникает коллизия (два ключа с одинаковым индексом), используется метод разрешения коллизий (например, цепочки — linked list или открытая адресация).

Это позволяет быстро (в среднем за O(1)) находить, добавлять и удалять элементы по ключу.

Пример:

my_dict = {'apple': 5, 'banana': 3}
print(my_dict['apple'])  # 5