[数据结构与算法]python入门学习之列表list

一、序列

- 序列是Python中最基本的一种数据结构
    - 数据结构指计算机中数据存储的方式
    - 序列用于保存一组有序的数据，所有的数据在序列当中都有一个唯一的位置（索引）
        并且序列中的数据会按照添加的顺序来分配索引
    - 序列的分类：
        可变序列（序列中的元素可以改变）：
            > 列表（list）
        不可变序列（序列中的元素不能改变）：
            > 字符串（str）    
            > 元组（tuple）

二、列表list

 - 列表是Python中的一个对象
    - 对象（object）就是内存中专门用来存储数据的一块区域
    - 之前我们学习的对象，像数值，它只能保存一个单一的数据
    - 列表中可以保存多个有序的数据
    - 列表是用来存储对象的对象
    - 列表的使用：
        1.列表的创建
        2.操作列表中的数据

三、列表的基本操作

1、创建列表

# 创建列表，通过[]来创建列表
my_list = [] # 创建了一个空列表
print(my_list, type(my_list)) # [] <class 'list'>

2、列表中存储的数据

列表存储的数据，我们称为元素。
一个列表中可以存储多个元素，也可以在创建列表时，来指定列表中的元素。

my_list = [10] # 创建一个只包含一个元素的列表
print(my_list) # [10]

3、向列表中添加元素 【添加元素】
方式一：在创建列表时添加元素

# 当向列表中添加多个元素时，多个元素之间使用,隔开
my_list = [10,20,30,40,50] # 创建了一个包含有5个元素的列表
prient(my_list) # [10, 20, 30, 40, 50]

4、通过索引来获取列表中的元素【查找元素】

1、我们可以通过索引（index）来获取列表中的元素。
2、索引是元素在列表中的位置，列表中的每一个元素都有一个索引。
3、索引是从0开始的整数，列表第一个位置索引为0，第二个位置索引为1，第三个位置索引为2，以此类推。
4、 列表的索引可以是负数
如果索引是负数，则从后向前获取元素，-1表示倒数第一个，-2表示倒数第二个 以此类推。

my_list = [10, 20, 30, 40, 50]
# 通过索引获取列表中的元素
print(my_list[4]) # 50
print(my_list[-3]) # 30
my_list = [10, 20, 30, 40, 50]
# 如果使用的索引超过了最大的范围，会抛出异常 
print(my_list[5]) # IndexError: list index out of range

5、修改元素
方式一：通过索引来修改元素

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精', '沙和尚', '沙和尚']
print('修改前：', names)
names[0] = 'sunwukong'
names[2] = '哈哈'
print('修改后：', names)

控制台打印：
修改前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
修改后： ['sunwukong', '猪八戒', '哈哈', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

方式二：通过切片来修改元素
在给切片进行赋值时，只能使用序列。

1、修改0-2，不包括2位置的元素
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('修改前：', names)
names[0:2] = ['牛魔王', '红孩儿']  # 使用新的元素替换旧元素
print('修改后：', names)

控制台打印：
修改前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
修改后： ['牛魔王', '红孩儿', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

# 2、修改0-2位置的元素，不包括2，如果找不到对应位置要修改的元素，就直接添加
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('修改前：', names)
names[0:2] = ['牛魔王', '红孩儿', '二郎神']
print('修改后：', names)

控制台打印：
修改前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
修改后： ['牛魔王', '红孩儿', '二郎神', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

3、向索引为0的位置插入元素  
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']     
print('修改前：', names)                                  
names[0:0] = ['牛魔王']                  
print('修改后：', names)   
 
控制台打印：
修改前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
修改后： ['牛魔王', '孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']  

4、当设置了步长时，序列中元素的个数必须和切片中元素的个数一致
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('修改前：', names)
# 当设置了步长时，序列中元素的个数必须和切片中元素的个数一致
print(names[::2])  # ['孙悟空', '沙和尚', '蜘蛛精']
names[::2] = ['牛魔王', '红孩儿', '二郎神']
print('修改后：', names) 
  
控制台打印：
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('修改前：', names)
# 当设置了步长时，序列中元素的个数必须和切片中元素的个数一致
print(names[::2])  # ['孙悟空', '沙和尚', '蜘蛛精']
names[::2] = ['牛魔王', '红孩儿', '二郎神']
print('修改后：', names)                         

6、删除元素
方式一：通过del函数&索引删除元素

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
# 通过del来删除元素
print('删除之前：', names)
del names[2]  # 删除索引为2的元素
print('删除之后：', names)

控制台打印：
删除之前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
删除之后： ['孙悟空', '猪八戒', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

方式二：通过del函数&切片删除元素

1、删除0-2位置上的元素，不包括2
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('删除前：', names)
del names[0:2]
print('删除后：', names)

控制台打印：
删除前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
删除后： ['沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精'] 

2、每隔步长2删除一个元素
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('删除前：', names)
print(names[::2])  # ['孙悟空', '沙和尚', '蜘蛛精']
del names[::2]
print('删除后：', names)

控制台打印：
删除前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
['孙悟空', '沙和尚', '蜘蛛精']
删除后： ['猪八戒', '唐僧', '白骨精']

3、
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print('删除前：', names)
names[1:3] = []
print('删除后：', names)

控制台打印：
删除前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
删除后： ['孙悟空', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

7、列表存储元素的特点

1、列表中可以保存任意的对象
my_list = [10,‘hello’,True,None,[1,2,3],print]
2、列表中的对象都会按照插入的顺序存储到列表中，第一个插入的对象保存到第一个位置，第二个保存到第二个位置。

四、列表的切片

1、切片

切片指从现有列表中，获取一个子列表
通过切片来获取指定的元素。

2、切片语法和规则

语法：列表[起始:结束]
1、通过切片获取元素时，会包括起始位置的元素，不会包括结束位置的元素
2、做切片操作时，总会返回一个新的列表，不会影响原来的列表
3、起始和结束位置的索引都可以省略不写
4、如果省略结束位置，则会一直截取到最后
如果省略起始位置，则会从第一个元素开始截取
5、 如果起始位置和结束位置全部省略，则相当于创建了一个列表的副本

切片代码例子：

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print(names[1:]) #['猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

print(names[:3]) # ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚']

print(names[:]) #['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']

3、切片跨步长

1、语法：列表[起始:结束:步长]
2、步长表示，每次获取元素的间隔，默认值是1
步长不能是0，但是可以是负数
print(stus[::0]) ValueError: slice step cannot be zero
如果是负数，则会从列表的后部向前边取元素

eg:

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print(names[0:5:3])  # ['孙悟空', '唐僧']

print(names[1:6:2]) # ['猪八戒', '唐僧', '白骨精']
print(names[-1:-6:-2]) # ['白骨精', '唐僧', '猪八戒']
print(names[-1:-6:-1]) # ['白骨精', '蜘蛛精', '唐僧', '沙和尚', '猪八戒']

print(names[::-1]) # ['白骨精', '蜘蛛精', '唐僧', '沙和尚', '猪八戒', '孙悟空']

五、列表的通用操作

1、+ 操作：可以将两个列表拼接为一个列表

my_list = [1, 2, 3] + [4, 5, 6]
print(my_list) # [1, 2, 3, 4, 5, 6]

2、* 操作 可以将列表重复指定的次数

my_list = [1, 2, 3] * 5
print(my_list) # [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3]

3、in 和 not in

1、n用来检查指定元素是否存在于列表中，如果存在，返回True，否则返回False
2、not in用来检查指定元素是否不在列表中，如果不在，返回True，否则返回False

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精']
print("牛魔王" in names) # False
print("牛魔王" not in names) # True

4、len()：获取列表的长度，既：获取列表中的元素的个数

# len()函数，通过该函数可以获取列表的长度
# 获取到的长度的值，是列表的最大索引 + 1
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(len(my_list)) # 5

5、max 和 min函数

min() 获取列表中的最小值
max() 获取列表中的最大值

arr = [10, 1, 2, 5, 100, 77]
print('最小值是：', min(arr), '最大值是：', max(arr))   # 最小值是： 1 最大值是： 100

6、两个方法：index()和count()

方法和函数基本上是一样，只不过方法必须通过 对象.方法() 的形式调用。
s.index() 获取指定元素在列表中第一次出现时的索引。
s.count() 统计指定元素在列表中出现的次数。

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '蜘蛛精', '白骨精', '沙和尚', '沙和尚']
print(names.index('沙和尚')) # 2

# index()的第二个参数，表示查找的起始位置 ， 第三个参数，表示查找的结束位置
print(names.index('沙和尚', 3, 7)) # 6

# 如果要获取列表中没有的元素，会抛出异常
print(names.index('牛魔王')) ValueError: '牛魔王' is not in list

# 获取沙和尚在列表中一共出现的次数
print(names.count('沙和尚'))  # 3

六、列表方法

1、append()：向列表的最后添加一个元素

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
print('添加之前：', names) # ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
names.append('哈哈哈')
print('添加之后：', names) #  ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '哈哈哈']

2、insert()：向列表中指定位置插入一个元素

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
print('insert添加之前：', names) # ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
names.insert(3, '糖糖')
print('insert之后：', names) # ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '糖糖', '唐僧']

3、extend()：使用新的序列来扩展当前序列

ames = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
print('extend之前：', names) # ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
names.extend(['哈哈哈', '糖糖'])
# names += ['唐僧','白骨精'] 
print('extend之后：', names) # ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '唐僧', '白骨精']

4、clear()：清空序列

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
print('clear之前：', names) #  ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
names.clear()
print('clear之后：', names)  # []

5、pop()：根据索引删除并返回被删除的元素

1、删除索引值为2的元素
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
print('pop之前：', names) 
result = names.pop(2)  # 删除索引为2的元素
print('pop之后：', names)

控制台打印：
pop之前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
pop之后： ['孙悟空', '猪八戒', '唐僧']

2、pop()不指定索引位置，默认删除的是最后一个
names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
print('pop之前：', names)
result = names.pop()  # 默认将列表中最后一个元素删除
print('pop之后：', names)

控制台打印：
pop之前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧']
pop之后： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚']

3、remove()：删除 指定值 的元素，如果相同值的元素有多个，只会删除第一个

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '猪八戒']
print('remove之前：', names)
names.remove('猪八戒') # 删除指定值的元素 
print('remove之后：', names)

控制台打印：
remove之前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '猪八戒']
remove之后： ['孙悟空', '沙和尚', '唐僧', '猪八戒']

4、reverse()：用来反转列表

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '猪八戒']
print('reverse之前：', names)
names.reverse() 
print('reverse之后：', names)

控制台打印：
reverse之前： ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '猪八戒']
reverse之后： ['猪八戒', '唐僧', '沙和尚', '猪八戒', '孙悟空']

5、sort()：用来对列表中的元素进行排序，默认是升序排列
如果需要降序排列，则需要传递一个reverse=True作为参数

my_list = [10, 1, 20, 3, 4, 5, 0, -2]
my_list.sort()
print('升序排序：', my_list) #  [-2, 0, 1, 3, 4, 5, 10, 20]

my_list.sort(reverse=True)     
print('降序排序：', my_list) #  [20, 10, 5, 4, 3, 1, 0, -2]       

七、遍历列表

遍历列表，指的就是将列表中的所有元素取出来。
1、通过while循环来遍历列表

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '白骨精', '蜘蛛精']
i = 0
while i < len(names):
    print(names[i])
    i += 1
控制台打印：
孙悟空
猪八戒
沙和尚
唐僧
白骨精
蜘蛛精

2、通过for循环遍历列表

通过for循环来遍历列表
语法：
  for 变量 in 序列 :
      代码块
for循环的代码块会执行多次，序列中有几个元素就会执行几次
  没执行一次就会将序列中的一个元素赋值给变量，
  所以我们可以通过变量，来获取列表中的元素

names = ['孙悟空', '猪八戒', '沙和尚', '唐僧', '白骨精', '蜘蛛精']
for s in names:
    print(s)
孙悟空
猪八戒
沙和尚
唐僧
白骨精
蜘蛛精

八、EMS练习

# 显示系统的欢迎信息
print('-' * 20, '欢迎使用员工管理系统', '-' * 20)
# 创建一个列表，用来保存员工的信息，员工的信息以字符串的形式统一保存到列表
emps = ['孙悟空\t18\t男\t花果山', '猪八戒\t28\t男\t高老庄']

# 创建一个死循环
while True:
    # 显示用户的选项
    print('请选择要做的操作：')
    print('\t1.查询员工')
    print('\t2.添加员工')
    print('\t3.删除员工')
    print('\t4.退出系统')
    user_choose = input('请选择[1-4]:')
    print('-' * 62)
    # 根据用户的选择做相关的操作
    if user_choose == '1':
        # 查询员工
        # 打印表头
        print('\t序号\t姓名\t年龄\t性别\t住址')
        # 创建一个变量，来表示员工的序号
        n = 1
        # 显示员工信息
        for emp in emps:
            print(f'\t{n}\t{emp}')
            n += 1
    elif user_choose == '2':
        # 添加员工
        # 获取要添加员工的信息，姓名、年龄、性别、住址
        emp_name = input('请输入员工的姓名：')
        emp_age = input('请输入员工的年龄：')
        emp_gender = input('请输入员工的性别：')
        emp_address = input('请输入员工的住址：')

        # 创建员工信息
        # 将四个信息拼接为一个字符串，然后插入到列表中
        emp = f'{emp_name}\t{emp_age}\t{emp_gender}\t{emp_address}'
        # 显示一个提示信息
        print('以下员工将被添加到系统中')
        print('-' * 62)
        print('姓名\t年龄\t性别\t住址')
        print(emp)
        print('-' * 62)
        user_confirm = input('是否确认该操作[Y/N]:')

        # 判断
        if user_confirm == 'y' or user_confirm == 'yes':
            # 确认
            emps.append(emp)
            # 显示提示信息
            print('添加成功！')
        else:
            # 取消操作
            print('添加已取消！')

    elif user_choose == '3':
        # 删除员工，根据员工的序号来删除员工
        # 获取要删除的员工的序号
        del_num = int(input('请输入要删除的员工的序号：'))

        # 判断序号是否有效
        if 0 < del_num <= len(emps):
            # 输入合法，根据序号来获取索引
            del_i = del_num - 1
            # 显示一个提示信息
            print('以下员工将被删除')
            print('-' * 62)
            print('\t序号\t姓名\t年龄\t性别\t住址')
            print(f'\t{del_num}\t{emps[del_i]}')
            print('-' * 62)
            user_confirm = input('该操作不可恢复，是否确认[Y/N]:')
            # 判断
            if user_confirm == 'y' or user_confirm == 'yes':
                # 删除元素
                emps.pop(del_i)
                # 显示提示
                print('员工已被删除！')
            else:
                # 操作取消
                print('操作已取消！')
        else:
            # 输入有误
            print('您的输入有误，请重新操作！')

    elif user_choose == '4':
        # 退出
        print('欢迎使用！再见!')
        input('点击回车键退出！')
        break
    else:
        print('您的输入有误，请重新选择！')

    # 打印分割线
    print('-' * 62)