[Python知识库]《Python基础教程》学习笔记——列表和元组

列表和元组

新的概念：数据结构。
数据结构是以某种方式（如通过编号）组合起来的数据元素（如数、字符乃至其他数据结构）集合。

Python中最基本的数据结构是 序列（sequence）。

序列中的每个元素都有编号，即其位置或索引，其中第一个元素的索引位0，第二个元素的索引位1，依次类推。

序列概述

最常用的两种序列： 列表和元组。
另一种重要的序列是字符串。

列表和元组的主要不同在于，列表是可以修改的，而元组不可以。
列表适用于需要中途添加元素的情形，而元组适用于处于某种考虑需要禁止修改序列的情形。

几乎所有情况下都可使用列表来代替元组，一种情况例外：将元组用作字典键。

在需要处理一系列值时，序列很有用。

例：表示人，第一个元素为姓名，第二个元素为年龄。

>>> edward = ['Edward Gumby', 42]

序列还可包含其他序列，因此可创建一个由数据库中所有人员组成的列表：

>>> lilei = ['Lilei', 18]  
>>> hanmeimei = ['Hanmeimei ', 17]  
>>> database = [edward, john]  
>>> database  
[['Lilei', 18], ['Hanmeimei ', 17]]

注意：

Python支持一种数据结构的基本概念，名为容器（container）。
容器基本上就是可包含其他对象的对象。
两种主要的容器是序列（如列表和元组）和映射（如字典）。
在序列中每个元素都有编号，而在映射中，每个元素都有名称（也叫键）。
有一种既不是序列也不是映射的容器，它就是集合（set）。

通用的序列操作

适用于所有序列的操作： 索引、切片、相加、相乘 和 成员资格检查。

还有一个重要的操作：迭代（iteration）。

索引

序列中的所有元素都有编号——从0开始递增。
可使用编号访问各个元素：

>>> greeting = 'hello'	  
>>> greeting[0]	  
'h'

注意，字符串就是由字符组成的序列。
Python没有专门用于表示字符的类型，因此一个字符就是只包含一个元素的字符串。

上述访问方式称为 索引（indexing）。
可使用索引获取元素，这种方式适用于所有序列。
使用负数索引时，将从右（即最后一个元素）开始往左数，因此-1是最后一个元素的位置。

>>> greeting[-1]	  
'o'

如果函数调用返回一个序列，可直接对其执行索引操作。

>>> fourth = input('Year:' )[3]	  
Year:2005
>>> fourth  
'5'

切片

可使用 切片（slicing）来访问特定范围内的元素。

可使用两个索引，并用冒号分隔：

>>> tag = '<a href="http://www.python.org">Python web site</a>'	  
>>> tag[9:30]	  
'http://www.python.org'
>>> tag[32:-4]  
'Python web site'

切片适用于提取序列的一部分，其中的编号非常重要：
第一个索引是包含的第一个元素的编号，但第二个索引时切片后余下的第一个元素的编号。
如：

>>> number = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]	  
>>> number[3:6]	  
[4, 5, 6]
>>> number[0:1]  
[1]

即，提供两个索引来指定切片的边界，其中第一个索引指定的元素包含在切片内，但第二个作用指定的元素不包含在切片内。

1. 绝妙的简写

访问上述数字列表的最后三个元素，可以写成：

>>> number[7:10]  
[8, 9, 10]

在这里索引10指的是第11个元素：它不存在，但确实是到达最后一个元素后再前进一步所处的位置。

从列表末尾开始数，可使用负数索引：

>>> number[-3:-1]  
[8, 9]

使用索引0，即到达列表末尾后再前进一步所处的位置：

>>> number[-3:0]  
[]

执行切片操作时，如果第一个索引指定的元素位于第二个索引指定的元素后面，结果就为空序列。

简写：
如果切片结束与序列末尾，可省略第二个索引。

>>> number[-3:]	  
[8, 9, 10]

如果切片始于序列开头，可省略第一个索引。

>>> number[:3]  
[1, 2, 3]

复制整个序列，可将两个索引都省略。

>>> number[:]  
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

2. 更大的步长

执行委派操作时，显示或隐式地指定起点和终点，但通常省略另一个参数，即步长。

在普通切片中，步长为1。意味着从一个元素移到下一个元素。

>>> number[0:10:1]	  
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

这就是显示地指定了步长。
如果指定的步长大于1，将跳过一些元素。
例：

>>> number[0:10:3]  
[1, 4, 7, 10]
>>> number[3:6:3]  
[4]

显示地指定步长时，也可使用上述的简写方式。

>>> number[::4]  
[1, 5, 9]

步长不能为0，否则无法向前移动，但可以为负数，即从右向左提取元素。

>>> number[8:3:-1]  
[9, 8, 7, 6, 5]
>>> number[10:0:-2]  
[10, 8, 6, 4, 2]
>>> number[0:10:-2]	  
[]
>>> number[::-2]  
[10, 8, 6, 4, 2]
>>> number[5::-2]	  
[6, 4, 2]
>>> number[:5:-2]	  
[10, 8]

步长为负数时，第一个索引必须比第二个索引大。

步长为整数，它从起点移到终点，而步长为负数时，它从终点移动起点。

序列相加

可使用加法运算符来拼接序列。

>>> [1,2,3]+[4,5,6]	  
[1, 2, 3, 4, 5, 6]
>>> 'Hello, '+'world!'	  
'Hello, world!'
>>> [1,2,3]+'world!'	  
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#144>", line 1, in <module>
    [1,2,3]+'world!'
TypeError: can only concatenate list (not "str") to list

不能拼接列表和字符串。
一般而言，不能拼接不同类型的序列。

乘法

将序列与数 x 相乘时，将重复这个序列 x 次来创建一个新序列：

>>> 'python'*5	  
'pythonpythonpythonpythonpython'
>>> [42]*10	  
[42, 42, 42, 42, 42, 42, 42, 42, 42, 42]

None、空列表和初始化

空列表是使用不包含任何内容的两个方括号（ [ ] ）表示的。
使用None表示“什么都没有”的值，如表示还没有在列表中添加任何内容。

将列表的长度初始化为10，可如下操作：

>>> sequence = [None]*10	  
>>> sequence	  
[None, None, None, None, None, None, None, None, None, None]

成员资格

要检查特定的值是否包含在序列中，可使用运算符 in。
它检查是否满足指定的条件，并返回相应的值：满足时返回True，不满足时返回False。
这样的运算符称为布尔运算符，而前述真值称为布尔值。

in 运算符的使用示例：

>>> permissions = 'rw'  
>>> 'w' in permissions	  
True
>>> 'x' in permissions	  
False
>>> users = ['mlh','foo','bar']
>>> input('Enter your user name: ') in users	  
Enter your user name: mlh
True 
>>> subject = '$$$ Get rich now!!! $$$'	  
>>> '$$$' in subject	  
True

注意：
一般而言，运算符 in 检查指定的对象是否是序列（或其他集合）的成员（即其中的一个元素），但对字符串来说，只有它包含的字符才是其成员或元素。
如下代码合理：

>>> 'P' in 'Python'  
True

长度、最小值和最大值

内置函数 len、min 和 max 很有用。
函数 len 返回序列包含的元素个数，
min 和 max 分别返回序列中最小和最大的元素。

>>> numbers = [100,34,678]	  
>>> len(numbers)	  
3
>>> max(numbers)	  
678
>>> min(numbers)	  
34
>>> max(2,3)	  
3
>>> min(9,3,2,5)	  
2

最后两个表达式中，调用max和min时指定的实参并不是序列，而是直接将数作为实参。

列表：Python的主力

列表是可变的，即可修改其内容。
列表有很多特有的方法。

函数 list

使用字符串创建列表，可使用函数 list。

>>> list('Helllo')	  
['H', 'e', 'l', 'l', 'l', 'o']

注意，可将任何序列（而不仅仅是字符串）作为list的参数。

基本的列表操作

可对列表执行所有标准序列操作，如索引、切片、拼接和相乘，但列表是可以修改的。

修改列表的方式：给元素赋值、删除元素、给切片赋值以及使用列表的方法。

1. 修改列表：给元素赋值

使用索引表示法给特定位置的元素赋值，如 x[1] = 2。

>>> x=[1,1,1]  
>>> x[1]=2  
>>> x	  
[1, 2, 1]

注意，不能给不存在的元素赋值。

2. 删除元素

使用 del 语句，从列表中删除元素：

>>> names = ['Alice','Beth','Cecil','Dee-Dee','Earl']  
>>> del names[2]	  
>>> names	  
['Alice', 'Beth', 'Dee-Dee', 'Earl']

3. 给切片赋值
切片是一项极其强大的功能，而能够给切片赋值让这项功能显得更加强大。

>>> name = list('Perl')  
>>> name  
['P', 'e', 'r', 'l']
>>> name[2:] = list('ar')	  
>>> name	  
['P', 'e', 'a', 'r']

可同时给多个元素赋值。

通过使用切片赋值，可将切片替换为长度与其不同的序列。

>>> name = list('Perl')  
>>> name[1:] = list('ython')	  
>>> name	  
['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']

还可在不替换原有元素的情况下插入新元素。

>>> numbers = [1,5]  
>>> numbers[1:1] = [2,3,4]  
>>> numbers	  
[1, 2, 3, 4, 5]

这里，“替换”了一个空切片，相当于插入了一个序列。
可采用相反的措施来删除切片。

>>> numbers	  
[1, 2, 3, 4, 5]
>>> numbers[1:4]=[]  
>>> numbers  
[1, 5]

列表方法

方法是与对象（列表、数、字符串等）联系紧密的函数。
通常，如下方法调用：

$object.method(arguments)$

列表包含多个用来查看和修改其内容的方法：

1. append

方法 append 用于将一个对象附加到列表末尾。

>>> lst = [1,2,3]  
>>> lst.append(4)	  
>>> lst  
[1, 2, 3, 4]

append 就地修改类别。
意味着它不会返回修改后的新列表，而是之间修改旧列表。

2. clear

方法 clear 就地清空列表的内容。

>>> lst = [1,2,3]  
>>> lst.clear()  
>>> lst	  
[]

类似于切片赋值语句 lst[:] = [ ] 。

3. copy

方法 copy 复制列表。
常规复制只是将另一个名称关系到列表。

>>> a = [1,2,3]  
>>> b = a	  
>>> b[1] = 4	  
>>> a	  
[1, 4, 3]

要让a和b指向不同的列表，就必须将b关联到a的副本。

>>> a = [1,2,3]	  
>>> b = a.copy()	  
>>> b[1] = 4	  
>>> a	  
[1, 2, 3]

类似于使用a[:] 或 list(a)，它们也都复制a。

4. count

方法 count 计算指定的元素在列表中出现了多少次。

>>> ['to','be','or','not','to','be',].count('to')	  
2
>>> x = [[1,2],1,1,[2,1,[1,2]]]  
>>> x.count(1)	  
2
>>> x.count([1,2])  
1

5. extend

方法 extend 能够同时将多个值附加到列表末尾，为此可将这些值组成的序列作为参数提供个方法 extend。
换言之，可使用一个列表来扩展另一个列表。

>>> a = [1,2,3]	  
>>> b = [4,5,6]	  
>>> a.extend(b)  
>>> a	  
[1, 2, 3, 4, 5, 6]

看起来类似于拼接，但存在一个重要差别，就是将修改被扩展的序列（这里是 a）。
在常规拼接中，情况是返回一个全新的序列。

>>> a = [1,2,3]	  
>>> b = [4,5,6]	  
>>> a + b	  
[1, 2, 3, 4, 5, 6]
>>> a	  
[1, 2, 3]

拼接的结果与上述一致，但这里a并没有被修改。

拼接操作并非就地执行的，即它不会修改原来的列表。
要获得与extend相同的效果，可将列表赋给切片，如下所示：

>>> a = [1,2,3]	  
>>> b = [4,5,6]	  
>>> a[len(a):] = b	  
>>> a	  
[1, 2, 3, 4, 5, 6]

但这种方式，可读性不是很高。

6. index

方法 index 在列表中查找指定值第一次出现的索引。

>>> knights = ['We','are','the','knights','who','say','ni']
>>> knights.index('who')	  
4
>>> knights.index('her')	  
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#217>", line 1, in <module>
    knights.index('her')
ValueError: 'her' is not in list

搜索单词 ‘who’ 时，发现它位于索引4处。

>>> knights[4]  
'who'

搜索 ‘her’ 时引发了异常，因为根本就没有找到这个单词。

7. insert

方法 insert 用于将一个对象插入列表。

>>> numbers = [1,2,3,5,6,7]	  
>>> numbers.insert(3,'four')	  
>>> numbers	  
[1, 2, 3, 'four', 5, 6, 7]

也可使用切片赋值来获得与之一样的效果。

>>> numbers = [1,2,3,5,6,7]  
>>> numbers[3:3] = ['four']	  
>>> numbers	  
[1, 2, 3, 'four', 5, 6, 7]

但可读性低。

8. pop

方法 pop 从列表中删除一个元素（末尾为最后一个元素），并返回这一元素。

>>> x = [1,2,3]	  
>>> x.pop()	  
3
>>> x	  
[1, 2]
>>> x.pop(0)	  
1
>>> x	  
[2]

注意，pop是唯一既修改列表又返回一个非None值的列表方法。

使用 pop 可实现一种常见的数据结构——栈（stack）。后进先出（LIFO）。

push和pop是普遍接受的两种栈操作（加入和取走）的名称。
Python没有提供push，但可以使用 append 来替代。

>>> x = [1,2,3]  
>>> x.append(x.pop())	  
>>> x	  
[1, 2, 3]

提示：
要创建先进先出（FIFO）的队列，可使用 insert(0,...)代替append。
也可继续使用append，但用pop(0)替代pop()。
更佳的方案：使用模块 collections中的deque。

9. remove

方法 remove 用于删除第一个为指定值的元素。

>>> x = ['to','be','or','not','to','be']	  
>>> x.remove('be')	  
>>> x	  
['to', 'or', 'not', 'to', 'be']
>>> x.remove('bee')	  
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#236>", line 1, in <module>
    x.remove('bee')
ValueError: list.remove(x): x not in list

remove是就地修改且不返回值的方法之一。不同于pop的是，它修改列表，但不返回任何值。

10. reverse

方法 reverse 按相反的顺序排序列列表中的元素。

>>> x = [1,2,3]  
>>> x.reverse()  
>>> x	  
[3, 2, 1]

reverse 修改列表，但不返回任何值。

11. sort

方法 sort 用于对列表就地排序。
意味着对原来的列表进行修改，使其元素按顺序排列，而不是返回排序后的列表的副本。

>>> x = [4,6,2,1,7,9]	  
>>> x.sort()	  
>>> x	  
[1, 2, 4, 6, 7, 9]

一种直观（但错误）的方式是像下面这样：

>>> x = [4,6,2,1,7,9]	  
>>> y = x.sort() # Don't do this!	  
>>> print(y)	  
None

正确的方式之一是，先将y关联到 x的副本，再对y进行排序，如下：

>>> x = [4,6,2,1,7,9]	  
>>> y = x.copy()  
>>> y.sort()	  
>>> x	  
[4, 6, 2, 1, 7, 9]
>>> y	  
[1, 2, 4, 6, 7, 9]

为获取排序后的列表的副本，另一种方式是使用函数 sorted。

>>> x = [4,6,2,1,7,9]	  
>>> y = sorted(x)	  
>>> x	  
[4, 6, 2, 1, 7, 9]
>>> y  
[1, 2, 4, 6, 7, 9]

实际上，这个函数可用于任何序列，但总是返回一个列表。

>>> sorted('Python')	  
['P', 'h', 'n', 'o', 't', 'y']

要将元素按相反的顺序排列，可先使用 sort （或 sorted），再调用方法 reverse，也可使用参数 reverse。

12. 高级排序

方法 sort 接受两个可选参数：key 和 reverse。
这两个参数通常是按名称指定的，称为关键字参数。

参数key类似于参数 cmp：将其设置为一个用于排序的函数。

根据长度对元素进行排序，可将参数key设置为函数len。

>>> x = ['aardvark','abalone','acme','add','aerate']	  
>>> x.sort(key=len)	  
>>> x	  
['add', 'acme', 'aerate', 'abalone', 'aardvark']

对于另一个关键字参数 reverse，只需将其指定为一个真情（True 或 False），以指出是否要按相反的顺序对列表进行排序。

>>> x = [4,6,2,1,7,9]	  
>>> x.sort(reverse=True)	  
>>> x	  
[9, 7, 6, 4, 2, 1]

函数sorted 也接受参数 key 和 reverse。

元组：不可修改的序列

与列表一样，元组也是序列，唯一的差别在于元组是不能修改的。
元组的语法很简单，只要将一些值用逗号分隔，就能自动创建一个元组。

>>> 1,2,3  
(1, 2, 3)

元组还可用圆括号括起来。

>>> (1, 2, 3)	  
(1, 2, 3)

空元组用两个不包含任何内容的圆括号表示。

>>> ()	  
()

只包含一个值的元组，也必须在它后面加上逗号。

>>> 42  
42
>>> 42,	  
(42,)
>>> (42,)	  
(42,)

最后两个示例创建的元组长度为1，而第一个示例根本没有创建元组。

逗号至关重要，仅将值用圆括号括起来不管用：(42)与42完全等效。
仅加上一个逗号，就能完全改变表达式的值。

>>> 3 * (40 + 2)	  
126
>>> 3 * (40 + 2,)  
(42, 42, 42)

函数tuple的工作原理与 list很像：它将一个序列作为参数，并将其转换为元组。
如果参数已经是元组，就原封不动地返回它。

>>> tuple([1,2,3])  
(1, 2, 3)
>>> tuple('abc')  
('a', 'b', 'c')
>>> tuple((1,2,3))  
(1, 2, 3)

元组的创建及其元素的访问方式与其他序列相同。

>>> x = 1,2,3	  
>>> x[1]	  
2
>>> x[0:2]	  
(1, 2)

元组的切片也是元组，就像列表的切片也是列表一样。

熟悉元组的原因有以下两个：

• 它们用作映射中的键（以及集合的成员），而列表不行。
• 有些内置函数和方法返回元组，这意味着必须跟它们打交道。

一般而言，使用列表足以满足对序列的需求。

小结

本章介绍的新函数

学习参考资料：

《Python基础教程》 第3版