列表
Python中列表是可变的,这是它区别于字符串和元组的最重要的特点,一句话概括即:列表可以修改,而字符串和元组不能。
以下是 Python 中列表的方法:
方法 | 描述 |
---|---|
list.append(x) | 把一个元素添加到列表的结尾,相当于 a[len(a):] = [x]。 |
list.extend(L) | 通过添加指定列表的所有元素来扩充列表,相当于 a[len(a):] = L。 |
list.insert(i, x) | 在指定位置插入一个元素。第一个参数是准备插入到其前面的那个元素的索引,例如 a.insert(0, x) 会插入到整个列表之前,而 a.insert(len(a), x) 相当于 a.append(x) 。 |
list.remove(x) | 删除列表中值为 x 的第一个元素。如果没有这样的元素,就会返回一个错误。 |
list.pop([i]) | 从列表的指定位置移除元素,并将其返回。如果没有指定索引,a.pop()返回最后一个元素。元素随即从列表中被移除。(方法中 i 两边的方括号表示这个参数是可选的,而不是要求你输入一对方括号,你会经常在 Python 库参考手册中遇到这样的标记。) |
list.clear() | 移除列表中的所有项,等于del a[:]。 |
list.index(x) | 返回列表中第一个值为 x 的元素的索引。如果没有匹配的元素就会返回一个错误。 |
list.count(x) | 返回 x 在列表中出现的次数。 |
list.sort() | 对列表中的元素进行排序。 |
list.reverse() | 倒排列表中的元素。 |
list.copy() | 返回列表的浅复制,等于a[:]。 |
下面示例演示了列表的大部分方法:
实例
\>>> a \= \[66.25, 333, 333, 1, 1234.5\]
\>>> print(a.count(333), a.count(66.25), a.count('x'))
2 1 0
\>>> a.insert(2, -1)
\>>> a.append(333)
\>>> a
\[66.25, 333, -1, 333, 1, 1234.5, 333\]
\>>> a.index(333)
1
\>>> a.remove(333)
\>>> a
\[66.25, -1, 333, 1, 1234.5, 333\]
\>>> a.reverse()
\>>> a
\[333, 1234.5, 1, 333, -1, 66.25\]
\>>> a.sort()
\>>> a
\[\-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5\]
注意:类似 insert, remove 或 sort 等修改列表的方法没有返回值。
将列表当做栈使用
在 Python 中,可以使用列表(list)来实现栈的功能。栈是一种后进先出(LIFO, Last-In-First-Out)数据结构,意味着最后添加的元素最先被移除。列表提供了一些方法,使其非常适合用于栈操作,特别是 append() 和 pop() 方法。
用 append() 方法可以把一个元素添加到栈顶,用不指定索引的 pop() 方法可以把一个元素从栈顶释放出来。
栈操作
- 压入(Push): 将一个元素添加到栈的顶端。
- 弹出(Pop): 移除并返回栈顶元素。
- 查看栈顶元素(Peek/Top): 返回栈顶元素而不移除它。
- 检查是否为空(IsEmpty): 检查栈是否为空。
- 获取栈的大小(Size): 获取栈中元素的数量。
以下是如何在 Python 中使用列表实现这些操作的详细说明:
1、创建一个空栈
2、压入(Push)操作
使用 append() 方法将元素添加到栈的顶端:
实例
stack.append(1)
stack.append(2)
stack.append(3)
print(stack) \# 输出: \[1, 2, 3\]
3、弹出(Pop)操作
使用 pop() 方法移除并返回栈顶元素:
实例
top\_element \= stack.pop()
print(top\_element) \# 输出: 3
print(stack) \# 输出: \[1, 2\]
4、查看栈顶元素(Peek/Top)
直接访问列表的最后一个元素(不移除):
实例
top\_element \= stack\[\-1\]
print(top\_element) \# 输出: 2
5、检查是否为空(IsEmpty)
检查列表是否为空:
实例
is\_empty \= len(stack) \== 0
print(is\_empty) \# 输出: False
6、获取栈的大小(Size)
使用 len() 函数获取栈中元素的数量:
实例
size \= len(stack)
print(size) \# 输出: 2
实例
以下是一个完整的实例,展示了如何使用上述操作来实现一个简单的栈:
class Stack:
def \_\_init\_\_(self):
self.stack \= \[\]
def push(self, item):
self.stack.append(item)
def pop(self):
if not self.is\_empty():
return self.stack.pop()
else:
raise IndexError("pop from empty stack")
def peek(self):
if not self.is\_empty():
return self.stack\[\-1\]
else:
raise IndexError("peek from empty stack")
def is\_empty(self):
return len(self.stack) \== 0
def size(self):
return len(self.stack)
使用示例
stack \= Stack()
stack.push(1)
stack.push(2)
stack.push(3)
print("栈顶元素:", stack.peek()) \# 输出: 栈顶元素: 3
print("栈大小:", stack.size()) \# 输出: 栈大小: 3
print("弹出元素:", stack.pop()) \# 输出: 弹出元素: 3
print("栈是否为空:", stack.is\_empty()) \# 输出: 栈是否为空: False
print("栈大小:", stack.size()) \# 输出: 栈大小: 2
以上代码中,我们定义了一个 Stack 类,封装了列表作为底层数据结构,并实现了栈的基本操作。
输出结果如下:
<span>栈顶元素:</span><span> </span><span>3</span><span>
</span><span>栈大小:</span><span> </span><span>3</span><span>
</span><span>弹出元素:</span><span> </span><span>3</span><span>
</span><span>栈是否为空:</span><span> </span><span>False</span><span>
</span><span>栈大小:</span><span> </span><span>2</span>
将列表当作队列使用
在 Python 中,列表(list)可以用作队列(queue),但由于列表的特点,直接使用列表来实现队列并不是最优的选择。
队列是一种先进先出(FIFO, First-In-First-Out)的数据结构,意味着最早添加的元素最先被移除。
使用列表时,如果频繁地在列表的开头插入或删除元素,性能会受到影响,因为这些操作的时间复杂度是 O(n)。为了解决这个问题,Python 提供了 collections.deque,它是双端队列,可以在两端高效地添加和删除元素。
使用 collections.deque 实现队列
collections.deque 是 Python 标准库的一部分,非常适合用于实现队列。
以下是使用 deque 实现队列的示例:
实例
from collections import deque
\# 创建一个空队列
queue \= deque()
\# 向队尾添加元素
queue.append('a')
queue.append('b')
queue.append('c')
print("队列状态:", queue) \# 输出: 队列状态: deque(\['a', 'b', 'c'\])
\# 从队首移除元素
first\_element \= queue.popleft()
print("移除的元素:", first\_element) \# 输出: 移除的元素: a
print("队列状态:", queue) \# 输出: 队列状态: deque(\['b', 'c'\])
\# 查看队首元素(不移除)
front\_element \= queue\[0\]
print("队首元素:", front\_element) \# 输出: 队首元素: b
\# 检查队列是否为空
is\_empty \= len(queue) \== 0
print("队列是否为空:", is\_empty) \# 输出: 队列是否为空: False
\# 获取队列大小
size \= len(queue)
print("队列大小:", size) \# 输出: 队列大小: 2
使用列表实现队列
虽然 deque更高效,但如果坚持使用列表来实现队列,也可以这么做。以下是如何使用列表实现队列的示例:
1. 创建队列
2. 向队尾添加元素
使用 append() 方法将元素添加到队尾:
实例
queue.append('a')
queue.append('b')
queue.append('c')
print("队列状态:", queue) \# 输出: 队列状态: \['a', 'b', 'c'\]
3. 从队首移除元素
使用 pop(0) 方法从队首移除元素:
实例
first\_element \= queue.pop(0)
print("移除的元素:", first\_element) \# 输出: 移除的元素: a
print("队列状态:", queue) \# 输出: 队列状态: \['b', 'c'\]
4. 查看队首元素(不移除)
直接访问列表的第一个元素:
实例
front\_element \= queue\[0\]
print("队首元素:", front\_element) \# 输出: 队首元素: b
5. 检查队列是否为空
检查列表是否为空:
实例
is\_empty \= len(queue) \== 0
print("队列是否为空:", is\_empty) \# 输出: 队列是否为空: False
6. 获取队列大小
使用 len() 函数获取队列的大小:
实例
size \= len(queue)
print("队列大小:", size) \# 输出: 队列大小: 2
实例(使用列表实现队列)
实例
class Queue:
def \_\_init\_\_(self):
self.queue \= \[\]
def enqueue(self, item):
self.queue.append(item)
def dequeue(self):
if not self.is\_empty():
return self.queue.pop(0)
else:
raise IndexError("dequeue from empty queue")
def peek(self):
if not self.is\_empty():
return self.queue\[0\]
else:
raise IndexError("peek from empty queue")
def is\_empty(self):
return len(self.queue) \== 0
def size(self):
return len(self.queue)
\# 使用示例
queue \= Queue()
queue.enqueue('a')
queue.enqueue('b')
queue.enqueue('c')
print("队首元素:", queue.peek()) \# 输出: 队首元素: a
print("队列大小:", queue.size()) \# 输出: 队列大小: 3
print("移除的元素:", queue.dequeue()) \# 输出: 移除的元素: a
print("队列是否为空:", queue.is\_empty()) \# 输出: 队列是否为空: False
print("队列大小:", queue.size()) \# 输出: 队列大小: 2
虽然可以使用列表来实现队列,但使用 collections.deque 会更高效和简洁。它提供了 O(1) 时间复杂度的添加和删除操作,非常适合队列这种数据结构。
列表推导式
列表推导式提供了从序列创建列表的简单途径。通常应用程序将一些操作应用于某个序列的每个元素,用其获得的结果作为生成新列表的元素,或者根据确定的判定条件创建子序列。
每个列表推导式都在 for 之后跟一个表达式,然后有零到多个 for 或 if 子句。返回结果是一个根据表达从其后的 for 和 if 上下文环境中生成出来的列表。如果希望表达式推导出一个元组,就必须使用括号。
这里我们将列表中每个数值乘三,获得一个新的列表:
>>> vec = [2, 4, 6]
>>> [3*x for x in vec]
[6, 12, 18]
现在我们玩一点小花样:
>>> [[x, x**2] for x in vec]
[[2, 4], [4, 16], [6, 36]]
这里我们对序列里每一个元素逐个调用某方法:
实例
\>>> freshfruit \= \[' banana', ' loganberry ', 'passion fruit '\]
\>>> \[weapon.strip() for weapon in freshfruit\]
\['banana', 'loganberry', 'passion fruit'\]
我们可以用 if 子句作为过滤器:
\>>> \[3\*x for x in vec if x \> 3\]
\[12, 18\]
\>>> \[3\*x for x in vec if x < 2\]
\[\]
以下是一些关于循环和其它技巧的演示:
\>>> vec1 \= \[2, 4, 6\]
\>>> vec2 \= \[4, 3, -9\]
\>>> \[x\*y for x in vec1 for y in vec2\]
\[8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54\]
\>>> \[x+y for x in vec1 for y in vec2\]
\[6, 5, -7, 8, 7, -5, 10, 9, -3\]
\>>> \[vec1\[i\]\*vec2\[i\] for i in range(len(vec1))\]
\[8, 12, -54\]
列表推导式可以使用复杂表达式或嵌套函数:
\>>> \[str(round(355/113, i)) for i in range(1, 6)\]
\['3.1', '3.14', '3.142', '3.1416', '3.14159'\]
嵌套列表解析
Python的列表还可以嵌套。
以下实例展示了3X4的矩阵列表:
\>>> matrix \= \[
... \[1, 2, 3, 4\],
... \[5, 6, 7, 8\],
... \[9, 10, 11, 12\],
... \]
以下实例将3X4的矩阵列表转换为4X3列表:
\>>> \[\[row\[i\] for row in matrix\] for i in range(4)\]
\[\[1, 5, 9\], \[2, 6, 10\], \[3, 7, 11\], \[4, 8, 12\]\]
以上实例也可以使用以下方法来实现:
\>>> transposed \= \[\]
\>>> for i in range(4):
... transposed.append(\[row\[i\] for row in matrix\])
...
\>>> transposed
\[\[1, 5, 9\], \[2, 6, 10\], \[3, 7, 11\], \[4, 8, 12\]\]
另外一种实现方法:
\>>> transposed \= \[\]
\>>> for i in range(4):
... \# the following 3 lines implement the nested listcomp
... transposed\_row \= \[\]
... for row in matrix:
... transposed\_row.append(row\[i\])
... transposed.append(transposed\_row)
...
\>>> transposed
\[\[1, 5, 9\], \[2, 6, 10\], \[3, 7, 11\], \[4, 8, 12\]\]
del 语句
使用 del 语句可以从一个列表中根据索引来删除一个元素,而不是值来删除元素。这与使用 pop() 返回一个值不同。可以用 del 语句从列表中删除一个切割,或清空整个列表(我们以前介绍的方法是给该切割赋一个空列表)。例如:
\>>> a \= \[\-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5\]
\>>> del a\[0\]
\>>> a
\[1, 66.25, 333, 333, 1234.5\]
\>>> del a\[2:4\]
\>>> a
\[1, 66.25, 1234.5\]
\>>> del a\[:\]
\>>> a
\[\]
也可以用 del 删除实体变量:
<span>>>></span><span> </span><span>del</span><span> a</span>
元组和序列
元组由若干逗号分隔的值组成,例如:
\>>> t \= 12345, 54321, 'hello!'
\>>> t\[0\]
12345
\>>> t
(12345, 54321, 'hello!')
\>>> \# Tuples may be nested:
... u \= t, (1, 2, 3, 4, 5)
\>>> u
((12345, 54321, 'hello!'), (1, 2, 3, 4, 5))
如你所见,元组在输出时总是有括号的,以便于正确表达嵌套结构。在输入时可能有或没有括号, 不过括号通常是必须的(如果元组是更大的表达式的一部分)。
集合
集合是一个无序不重复元素的集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。
可以用大括号({})创建集合。注意:如果要创建一个空集合,你必须用 set() 而不是 {} ;后者创建一个空的字典,下一节我们会介绍这个数据结构。
以下是一个简单的演示:
\>>> basket \= {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
\>>> print(basket) \# 删除重复的
{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
\>>> 'orange' in basket \# 检测成员
True
\>>> 'crabgrass' in basket
False
\>>> \# 以下演示了两个集合的操作
...
\>>> a \= set('abracadabra')
\>>> b \= set('alacazam')
\>>> a \# a 中唯一的字母
{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
\>>> a - b \# 在 a 中的字母,但不在 b 中
{'r', 'd', 'b'}
\>>> a | b \# 在 a 或 b 中的字母
{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
\>>> a & b \# 在 a 和 b 中都有的字母
{'a', 'c'}
\>>> a ^ b \# 在 a 或 b 中的字母,但不同时在 a 和 b 中
{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
集合也支持推导式:
\>>> a \= {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
\>>> a
{'r', 'd'}
字典
另一个非常有用的 Python 内建数据类型是字典。
序列是以连续的整数为索引,与此不同的是,字典以关键字为索引,关键字可以是任意不可变类型,通常用字符串或数值。
理解字典的最佳方式是把它看做无序的键=>值对集合。在同一个字典之内,关键字必须是互不相同。
一对大括号创建一个空的字典:{}。
这是一个字典运用的简单例子:
\>>> tel \= {'jack': 4098, 'sape': 4139}
\>>> tel\['guido'\] \= 4127
\>>> tel
{'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098}
\>>> tel\['jack'\]
4098
\>>> del tel\['sape'\]
\>>> tel\['irv'\] \= 4127
\>>> tel
{'guido': 4127, 'irv': 4127, 'jack': 4098}
\>>> list(tel.keys())
\['irv', 'guido', 'jack'\]
\>>> sorted(tel.keys())
\['guido', 'irv', 'jack'\]
\>>> 'guido' in tel
True
\>>> 'jack' not in tel
False
构造函数 dict() 直接从键值对元组列表中构建字典。如果有固定的模式,列表推导式指定特定的键值对:
\>>> dict(\[('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)\])
{'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}
此外,字典推导可以用来创建任意键和值的表达式词典:
\>>> {x: x\*\*2 for x in (2, 4, 6)}
{2: 4, 4: 16, 6: 36}
如果关键字只是简单的字符串,使用关键字参数指定键值对有时候更方便:
\>>> dict(sape\=4139, guido\=4127, jack\=4098)
{'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}
遍历技巧
在字典中遍历时,关键字和对应的值可以使用 items() 方法同时解读出来:
\>>> knights \= {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}
\>>> for k, v in knights.items():
... print(k, v)
...
gallahad the pure
robin the brave
在序列中遍历时,索引位置和对应值可以使用 enumerate() 函数同时得到:
\>>> for i, v in enumerate(\['tic', 'tac', 'toe'\]):
... print(i, v)
...
0 tic
1 tac
2 toe
同时遍历两个或更多的序列,可以使用 zip() 组合:
\>>> questions \= \['name', 'quest', 'favorite color'\]
\>>> answers \= \['lancelot', 'the holy grail', 'blue'\]
\>>> for q, a in zip(questions, answers):
... print('What is your {0}? It is {1}.'.format(q, a))
...
What is your name? It is lancelot.
What is your quest? It is the holy grail.
What is your favorite color? It is blue.
要反向遍历一个序列,首先指定这个序列,然后调用 reversed() 函数:
\>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)):
... print(i)
...
9
7
5
3
1
要按顺序遍历一个序列,使用 sorted() 函数返回一个已排序的序列,并不修改原值:
\>>> basket \= \['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'\]
\>>> for f in sorted(set(basket)):
... print(f)
...
apple
banana
orange
pear