Python数据结构： 列表（List）详解

在Python中，列表（List）是一种有序、可变的数据类型，被广泛用于存储和处理多个元素。列表是一种容器，可以包含任意数据类型的元素，包括数字、字符串、列表、字典等。本文将深入讨论列表的各个方面，包括基本语法、常见操作，以及实际应用场景。将覆盖列表的创建、访问、修改、列表推导式和嵌套列表推导式等关键内容。

1.创建列表

列表的创建可以通过多种方式创建，可以根据使用场景去选择

# 空列表
empty_list = []

# 包含元素的列表
int_list = [2,4,5,6,8]
float_list = [3.0,3.14,100.1,99.999]
colors = ['RED','GREEN','BLUE','YELLOW']
bools = [True,False,True,True,False]

# 包含其他数据结构类型的数据
list1 = [[2,3],[4,6]]
list2 = [(3,4,2)]
list3 = [{'name':'Alice'},{'age':18},{'性别':'女'}]

# 包含不同数据类型的元素
mixed_list = [11,3.14,'hello',True,[3,'python'],('a','b','c'),{'fruits':'banana'}]

# 使用内置函数list()创建
numbers = list(range(2,8))

2.访问列表元素或修改元素

通过索引可以访问和修改列表元素，索引从0开始，同时支持负索引从列表末尾访问列表中的元素。

mixed_list = [11,3.14,'hello',True,[3,'python'],('a','b','c'),{'fruits':'banana'}]

# 通过切片的方式访问列表中的元素
print(mixed_list[0]) # 访问第一元素，输出结果： 11
print(mixed_list[-1]) # 访问末尾的元素，输出结果： {'fruits': 'banana'}
print(mixed_list[2:5]) # 输出结果： ['hello', True, [3, 'python']]

# 通过索引还可以修改列表
mixed_list[1] = 'modify'
print(mixed_list) # 列表中第2个元素值已修改

3.列表方法

列表支持很多方法：

3.1 list.append(x)

在列表末尾添加一个元素，相当于 a[len(a):] = [x]

fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
fruits.append('pear')
print(fruits)  # 输出: ['apple', 'banana', 'orange', 'pear']

3.2 list.extend(iterable)

用可迭代对象的元素扩展列表。相当于a[len(a):] = iterable。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
more_fruits = ['pear','cherries']
fruits.extend(more_fruits)
print(fruits) # 输出 ['apple', 'banana', 'orange', 'pear', 'cherries']

3.3 list.insert(i, x)

在指定位置插入元素。第一个参数是插入元素的索引，因此，a.insert(0, x)在列表开头插入元素，a.insert(len(a), x) 等同于 a.append(x)

fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
fruits.insert(0,'pear') # 在开头插入
fruits.insert(len(fruits),'cherries')# 在末尾插入
print(fruits)# 输出 ['apple', 'banana', 'orange', 'pear', 'cherries']

3.4 list.remove(x)

从列表中删除第一个值为x 的元素。未找到指定元素时，触发 ValueError 异常。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
fruits.remove('orange')
print(fruits) # 输出 ['apple', 'banana']
fruits.remove('pear') #未找到指定元素时，触发 ValueError 异常
print(fruits)

运行结果：

3.5 list.pop([i])

删除列表中指定位置的元素，并返回被删除的元素。未指定位置时，a.pop()删除并返回列表的最后一个元素。（方法签名中 i 两边的方括号表示该参数是可选的，不是要求输入方括号。）

fruits = ['apple', 'banana', 'orange','pear']
remove_fruit = fruits.pop(2)
print(remove_fruit)# 输出 orange
print(fruits)# 输出 ['apple', 'banana', 'pear']

3.6 list.clear()

删除列表里的所有元素，相当于del a[:] 。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange','pear']
fruits.clear()
print(fruits)# 输出 []

3.7 list.index(x[, start[, end]])

返回列表中第一个值为 x 的元素的零基索引。未找到指定元素时，触发 ValueError 异常。

可选参数start和 end是切片符号，用于将搜索限制为列表的特定子序列。返回的索引是相对于整个序列的开始计算的，而不是 start 参数。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange','pear','cherries','grape']
index_banana = fruits.index('banana') # 
print(f"Index of 'banana': {index_banana}")

index_pear = fruits.index('pear',2) # 从索引2开始查找
print(f"Index of 'pear': {index_pear}")

index_orange = fruits.index('orange',1,4) # 在索引1到4之间查找
print(f"Index of 'pear': {index_pear}")

index_orange1 = fruits.index('orange',3,4) # 错误索引查找

运行结果：

3.8 list.count(x)

返回列表中元素x 出现的次数。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange','pear','cherries','grape','apple','apple']
count_apple = fruits.count('apple')
print(f'苹果在列表中出现了{count_apple}次')

3.9 list.sort(*, key=None, reverse=False)

就地排序列表中的元素

fruits = ['apple', 'banana', 'orange','pear','cherries','grape','apple','apple']
fruits.sort()# 按照字母顺序排序
print(fruits) # 输出 ['apple', 'apple', 'apple', 'banana', 'cherries', 'grape', 'orange', 'pear']

numbers = [4, 2, 1, 3, 5]
numbers.sort()
print(numbers)  # 输出: [1, 2, 3, 4, 5]

3.10 list.reverse()

翻转列表中的元素。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange','pear']
fruits.reverse()
print(fruits)# 输出 ['pear', 'orange', 'banana', 'apple']

3.11 list.copy()

返回列表的浅拷贝。相当于a[:]。

fruits = ['apple', 'banana', 'orange']
fruits_copy = fruits.copy()
print(fruits_copy)  # 输出: ['apple', 'banana', 'orange']

4.列表推导式

4.1 语法

new_list= [expression for item in iterable if condition]

expression是对每个元素进行操作的表达式。

item 是来自可迭代对象（如列表、字符串等）的元素。

condition 是可选的条件，用于过滤元素。

4.2 示例

1) 基本列表推导式

# 生成平方数列表
squares = [x**2 for x in range(5)]
print(squares) # 输出: [0, 1, 4, 9, 16]

2) 带条件的列表推导式

# 生成偶数平方数列表
even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(even_squares) # 输出: [0, 4, 16, 36, 64]

3) 字符串操作列表推导式

# 提取字符串中的数字
string = "Hello 123 Python 456"
numbers = [int(x) for x in string if x.isdigit()]
print(numbers) # 输出: [1, 2, 3, 4, 5, 6]

4) 嵌套列表推导式

# 生成九九乘法表
multiplication_table = [[i * j for j in range(1, 10)] for i in range(1, 10)]
for l_table in multiplication_table:
    print(l_table)
# 输出: 一个包含九个列表的列表，每个列表表示乘法表的一行

运行结果：

5）带条件的嵌套列表推导式

# 生成过滤偶数的九九乘法表
filtered_table = [[i * j for j in range(1, 10) if (i * j) % 2 == 0] for i in range(1, 10)]
for l_table in filtered_table:
    print(l_table)
# 输出: 一个包含九个列表的列表，每个列表包含符合条件的乘法表元素

运行结果：