[Python知识库]Python多变量同时赋值——以斐波那契数列为例

1 引入——斐波那契数列

笔者在尝试编写斐波那契数列程序时，看到一个版本的Python实现，代码如下：

n = int(input("需要计算的项数: "))
a = 0
b = 1
for i in range(0,n):
    a, b = b, a + b
    print(a,end=' ')

在这里给不知道斐波那契数列(Fibonacci sequence)的小伙伴科普一下：

斐波那契数列（Fibonacci sequence），因数学家斐波那契以兔子繁殖为例子而引入，指的是这样的数列：

$F_0=0$, $F_1=1$, $F_n=F_{n?1}+F_{n?2}(n>1)$?

$0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55?$

每一个数是前两个数的总和。

这里的赋值语句a, b = b, a + b实现了同时将a+b赋给b，又将原来的b赋给a的功能。

如果将其拆开的直接写成如下代码的话，结果是错误的

b = a + b
a = b

因为通过第一步b = a + b，b的值已经发生了改变，而我需要将原来的b赋值给a，所以发生错误，修改：

b = a + b
a = b - a

但是这样修改不如示例代码简洁，所以我决定研究一下Python对于这种赋值语句的原理。

2 表达式列表

经过查阅Python语言参考文档，我找到了这种表示方法，叫做表达式列表 (Expression list)。

文档原文：

6.15. Expression lists

expression_list    ::=  expression ("," expression)* [","]
starred_list       ::=  starred_item ("," starred_item)* [","]
starred_expression ::=  expression | (starred_item ",")* [starred_item]
starred_item       ::=  assignment_expression | "*" or_expr

Except when part of a list or set display, an expression list containing at least one comma yields a tuple. The length of the tuple is the number of expressions in the list. The expressions are evaluated from left to right.

原文代码块使用的是一种BNF范式(Backus-Naur form / Backus normal form)，是一种描述计算机语法规则的元语言。Python文档使用的是一种修改的BNF范式，在这里简单介绍一下Python使用的BNF范式语法，帮助大家更好的理解Expression List及相关概念。

BNF范式语法：

1. 每个规则的开头是规则定义的名称加上 ::= 表示：“被定义为”

2. 竖线|用来分隔可选项

3. 星号*用来表示前一项的零次或多次重复

4. 加号+用来表示前一项的一次或多次重复

5. 方括号括起[]表示可以出现零次或一次

6. 圆括号用于分组

7. 双引号“”括起来的表示括起来的字符本身

介绍完BNF范式语法，看一下expression_list

expression_list    ::=  expression ("," expression)* [","]

可以证明expression_list就是我们想要的形如a, b的形式。

文档中提到：除了作为列表或者集合显示的一部分（例：[2, 3]），包含至少一个逗号的表达式列表会生成一个元组，元组长度为列表中表达式的数量，表达式将从左至右进行求值。

通过代码进行验证：

>>> a = 1
>>> b = 2
>>> a , b
(1, 2)

3 赋值语句

看完了表达式列表，接下来看一下赋值语句 (assignment statements).

文档原文：

An assignment statement evaluates the expression list (remember that this can be a single expression or a comma-separated list, the latter yielding a tuple) and assigns the single resulting object to each of the target lists, from left to right.

表达式列表可以是单一表达式，也可以是逗号分隔的列表（我们着重研究的对象），后者会生成一个元组（这和我们在上文中得到的结论相同），将结果从左到右赋值给目标列表。

对这种赋值方式的详细解释：

Although the definition of assignment implies that overlaps between the left-hand side and the right-hand side are ‘simultaneous’ (for example a, b = b, a swaps two variables), overlaps within the collection of assigned-to variables occur left-to-right, sometimes resulting in confusion.

赋值语句看起来像是右边所有元素同时赋给左边，但实际上赋值是从左至右的。

文档中给出的例子：

x = [0, 1]
i = 0
i, x[i] = 1, 2         # i is updated, then x[i] is updated
print(x)

右侧是一个表达式列表1, 2，赋值给左侧，按照从左至右的顺序进行赋值，

首先将1赋给i，其次将2赋给x[i]，因为此时i=1,所以x[1]等于2，所以最终结果为[0, 2]。

解释斐波那契数列的例子：

n = int(input("需要计算的项数: "))
a = 0
b = 1
for i in range(0,n):
    a, b = b, a + b
    print(a,end=' ')

以第一次循环为例，a = 0, b = 1，右侧的b, a + b是一个表达式列表，从左到右进行求值并生成一个元组(1, 1),此时右侧的元组中储存的是两个数值，与变量名无关。

按顺序将元组第一个值赋给a，第二个值赋给b，完成赋值语句。

通过这样的赋值语句，成功将原来的b赋给a，将a + b赋给b，而没有发生冲突。

本文是本人通过查找阅读Python文档得出的结论，如有不正之处，欢迎大家批评指正。