python列表与元组--python005

深入理解列表与元组 ------ Python 序列结构全面解析

一、引言

Python 是一种简洁而强大的编程语言，其中「序列类型」（Sequence Types）是核心数据结构之一。列表（list）和元组（tuple）是最常用的两种序列结构。它们在日常编程、数据分析、Web开发、甚至机器学习场景中都扮演着重要角色。本章将深入解析 Python 的列表和元组，涵盖它们的定义、操作方法、常用算法、使用技巧及性能对比等，帮助读者不仅"能用"，更能"用好"。

二、列表（List）

2.1 列表的定义与基本概念

列表是 Python 中最常用的可变序列，使用中括号 [] 来定义，内部元素可以是任意类型，甚至嵌套其他列表。

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my_list = [1, "hello", 3.14, True]

特点：

支持元素重复；
支持索引访问（正向和负向）；
支持切片；
支持动态修改、删除和添加元素；
支持任意类型混合。

2.2 增加元素

Python 提供多种方式添加列表元素：

append(x)：在末尾追加单个元素
insert(i, x)：在索引 i 位置插入元素 x
extend(iterable)：将其他可迭代对象拆分并追加到当前列表末尾
使用 + 操作符拼接两个列表

示例：

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lst = [1, 2, 3]
lst.append(4)           # [1, 2, 3, 4]
lst.insert(1, 'a')      # [1, 'a', 2, 3, 4]
lst.extend([5, 6])      # [1, 'a', 2, 3, 4, 5, 6]

2.3 查找元素

in 运算符：判断是否存在
index(x)：返回首次出现的索引（若不存在则抛异常）
切片、for 循环迭代等方式遍历列表

lst = [10, 20, 30]
20 in lst # True
lst.index(30) # 2

2.4 修改元素

通过索引直接修改指定位置的值：

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lst = [1, 2, 3]
lst[0] = 100       # [100, 2, 3]

还可通过切片批量修改：

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lst[1:] = [200, 300]   # [100, 200, 300]

2.5 删除元素

pop([i])：删除并返回索引 i 的元素，默认删除最后一个
remove(x)：删除首次出现的值为 x 的元素
del lst[i]：使用 del 关键字按索引删除
clear()：清空列表

示例：

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lst = [1, 2, 3, 2]
lst.pop()           # 删除 3
lst.remove(2)       # 删除第一个 2
del lst[0]          # 删除索引为 0 的元素
lst.clear()         # 列表变空

2.6 合并列表

使用 +：创建新列表
使用 extend()：原地修改原列表

a = [1, 2]
b = [3, 4]
c = a + b # 不影响 a、b
a.extend(b) # a 变为 [1, 2, 3, 4]

2.7 排序与反转

sort()：原地排序（可传 key 和 reverse）
sorted()：返回新排序列表
reverse()：原地反转
reversed()：返回反转迭代器

lst = [3, 1, 2]
lst.sort() # [1, 2, 3]
sorted(lst) # [1, 2, 3]
lst.reverse() # [3, 2, 1]

三、基于列表的常见算法

3.1 冒泡排序

冒泡排序是一种朴素但易于理解的排序算法：

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def bubble_sort(lst):
    n = len(lst)
    for i in range(n - 1):
        for j in range(n - i - 1):
            if lst[j] > lst[j+1]:
                lst[j], lst[j+1] = lst[j+1], lst[j]

时间复杂度：O(n²)

虽然效率不高，但对学习算法思想很有帮助。现代开发中更多使用 sorted() 或其他更高效算法如 Timsort、快速排序等。

3.2 列表推导式（List Comprehension）

Python 强大的表达式方式之一，可用于快速构建或处理列表。

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squares = [x**2 for x in range(10)]  # [0, 1, 4, 9, ..., 81]

四、元组（Tuple）

4.1 基础概念

元组是 不可变的序列 ，使用小括号 () 定义：

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t = (1, 2, 3)

与列表的区别：

特性	列表 list	元组 tuple
可变性	可变（mutable）	不可变（immutable）
表示方式	`[]`	`()`
使用场景	临时数据、多变数据结构	不变数据结构、作为字典键等

即使只有一个元素的元组，也要加逗号：

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singleton = (1,)    # 正确
not_a_tuple = (1)   # 实际是 int

4.2 元组操作

支持索引访问和切片
支持 in 运算符
支持嵌套、迭代

t = (1, 2, [3, 4])
t[2][0] = 99 # 虽然元组不可变，但其元素若是可变对象仍可变

4.3 应用场景

用于函数返回多个值
用作字典的键
用于集合中元素（可哈希）

五、列表 vs 元组：何时使用？

场景	推荐结构
需要频繁修改元素	列表
固定结构，不可变数据（如坐标）	元组
作为字典键	元组
占用空间小、性能更好	元组（更快，内存更少）

性能对比（在大量操作中）：

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import timeit
print(timeit.timeit('[1, 2, 3, 4, 5]', number=1000000))  # 慢
print(timeit.timeit('(1, 2, 3, 4, 5)', number=1000000))  # 快

六、实际案例与最佳实践

6.1 多变量赋值

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x, y = (1, 2)

6.2 函数返回多个值

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def get_stats(data):
    return min(data), max(data)

min_val, max_val = get_stats([1, 2, 3])

6.3 排序自定义对象列表

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people = [('Tom', 25), ('Jerry', 22)]
people.sort(key=lambda x: x[1])  # 按年龄排序

七、总结

列表和元组是 Python 中最基本、最常用的容器类型；
列表强调灵活性和操作性，适用于动态变化的数据集合；
元组强调结构与稳定性，适用于固定数据结构、函数返回、字典键等场景；
掌握各类操作方法（添加、查找、修改、删除、排序）对日常开发至关重要；
熟悉列表推导式、元组打包/解包等高级语法，有助于写出更简洁、优雅的 Python 代码；
在实际开发中，要根据具体需求选择合适的容器类型，从而写出性能高、结构清晰的代码。