Python常用數(shù)據(jù)類型之列表使用詳解
1.常用數(shù)據(jù)結構之列表
我們先給大家一個編程任務，將一顆色子擲6000次，統(tǒng)計每個點數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)。這個任務對大家來說應該是非常簡單的，我們可以用1到6均勻分布的隨機數(shù)來模擬擲色子，然后用6個變量分別記錄每個點數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)，相信大家都能寫出下面的代碼。
import random
f1 = 0
f2 = 0
f3 = 0
f4 = 0
f5 = 0
f6 = 0
for _ in range(6000):
face = random.randint(1, 6)
if face == 1:
f1 += 1
elif face == 2:
f2 += 1
elif face == 3:
f3 += 1
elif face == 4:
f4 += 1
elif face == 5:
f5 += 1
else:
f6 += 1
print(f'1點出現(xiàn)了{f1}次')
print(f'2點出現(xiàn)了{f2}次')
print(f'3點出現(xiàn)了{f3}次')
print(f'4點出現(xiàn)了{f4}次')
print(f'5點出現(xiàn)了{f5}次')
print(f'6點出現(xiàn)了{f6}次')
看看上面的代碼，相信大家一定覺得它非常的“笨重”和“丑陋”，更可怕的是，如果要統(tǒng)計擲兩顆或者更多的色子統(tǒng)計每個點數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)，那就需要定義更多的變量，寫更多的分支結構。講到這里，相信大家一定想問：有沒有辦法用一個變量來保存多個數(shù)據(jù)，有沒有辦法用統(tǒng)一的代碼對多個數(shù)據(jù)進行操作？答案是肯定的，在Python中我們可以通過容器類型的變量來保存和操作多個數(shù)據(jù)，我們首先為大家介紹列表（list）這種新的數(shù)據(jù)類型。
2.定義和使用列表
在Python中，列表是由一系元素按特定順序構成的數(shù)據(jù)序列，這樣就意味著定義一個列表類型的變量，可以保存多個數(shù)據(jù)，而且允許有重復的數(shù)據(jù)。跟上一課我們講到的字符串類型一樣，列表也是一種結構化的、非標量類型，操作一個列表類型的變量，除了可以使用運算符還可以使用它的方法。
在Python中，可以使用[]字面量語法來定義列表，列表中的多個元素用逗號進行分隔，代碼如下所示。
items1 = [35, 12, 99, 68, 55, 87] items2 = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin']
除此以外，還可以通過Python內置的list函數(shù)將其他序列變成列表。準確的說，list并不是一個普通的函數(shù)，它是創(chuàng)建列表對象的構造器（后面會講到對象和構造器這兩個概念）。
items1 = list(range(1, 10))
print(items1) # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
items2 = list('hello')
print(items2) # ['h', 'e', 'l', 'l', 'o']
需要說明的是，列表是一種可變數(shù)據(jù)類型，也就是說列表可以添加元素、刪除元素、更新元素，這一點跟我們上一課講到的字符串有著鮮明的差別。字符串是一種不可變數(shù)據(jù)類型，也就是說對字符串做拼接、重復、轉換大小寫、修剪空格等操作的時候會產(chǎn)生新的字符串，原來的字符串并沒有發(fā)生任何改變。
2.1列表的運算符
和字符串類型一樣，列表也支持拼接、重復、成員運算、索引和切片以及比較運算，對此我們不再進行贅述，請大家參考下面的代碼。
items1 = [35, 12, 99, 68, 55, 87]
items2 = [45, 8, 29]
# 列表的拼接
items3 = items1 + items2
print(items3) # [35, 12, 99, 68, 55, 87, 45, 8, 29]
# 列表的重復
items4 = ['hello'] * 3
print(items4) # ['hello', 'hello', 'hello']
# 列表的成員運算
print(100 in items3) # False
print('hello' in items4) # True
# 獲取列表的長度(元素個數(shù))
size = len(items3)
print(size) # 9
# 列表的索引
print(items3[0], items3[-size]) # 35 35
items3[-1] = 100
print(items3[size - 1], items3[-1]) # 100 100
# 列表的切片
print(items3[:5]) # [35, 12, 99, 68, 55]
print(items3[4:]) # [55, 87, 45, 8, 100]
print(items3[-5:-7:-1]) # [55, 68]
print(items3[::-2]) # [100, 45, 55, 99, 35]
# 列表的比較運算
items5 = [1, 2, 3, 4]
items6 = list(range(1, 5))
# 兩個列表比較相等性比的是對應索引位置上的元素是否相等
print(items5 == items6) # True
items7 = [3, 2, 1]
# 兩個列表比較大小比的是對應索引位置上的元素的大小
print(items5 <= items7) # True
值得一提的是，由于列表是可變類型，所以通過索引操作既可以獲取列表中的元素，也可以更新列表中的元素。對列表做索引操作一樣要注意索引越界的問題，對于有N個元素的列表，正向索引的范圍是0到N-1，負向索引的范圍是-1到-N，如果超出這個范圍，將引發(fā)IndexError異常，錯誤信息為：list index out of range。
2.2列表元素的遍歷
如果想逐個取出列表中的元素，可以使用for循環(huán)的，有以下兩種做法。
方法一
items = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin']
for index in range(len(items)):
print(items[index])
方法二
items = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin']
for item in items:
print(item)
講到這里，我們可以用列表的知識來重構上面“擲色子統(tǒng)計每個點數(shù)出現(xiàn)次數(shù)”的代碼。
import random
counters = [0] * 6
for _ in range(6000):
face = random.randint(1, 6)
counters[face - 1] += 1
for face in range(1, 7):
print(f'{face}點出現(xiàn)了{counters[face - 1]}次')
上面的代碼中，我們用counters列表中的六個元素分別表示1到6的點數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)，最開始的時候六個元素的值都是0。接下來用隨機數(shù)模擬擲色子，如果搖出1點counters[0]的值加1，如果搖出2點counters[1]的值加1，以此類推。大家感受一下，這段代碼是不是比之前的代碼要簡單優(yōu)雅很多。
3.列表的方法
和字符串一樣，列表類型的方法也很多，下面為大家講解比較重要的方法。
3.1添加和刪除元素
items = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin']
# 使用append方法在列表尾部添加元素
items.append('Swift')
print(items) # ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin', 'Swift']
# 使用insert方法在列表指定索引位置插入元素
items.insert(2, 'SQL')
print(items) # ['Python', 'Java', 'SQL', 'Go', 'Kotlin', 'Swift']
# 刪除指定的元素
items.remove('Java')
print(items) # ['Python', 'SQL', 'Go', 'Kotlin', 'Swift']
# 刪除指定索引位置的元素
items.pop(0)
items.pop(len(items) - 1)
print(items) # ['SQL', 'Go', 'Kotlin']
# 清空列表中的元素
items.clear()
print(items) # []
需要提醒大家，在使用remove方法刪除元素時，如果要刪除的元素并不在列表中，會引發(fā)ValueError異常，錯誤消息是：list.remove(x): x not in list。在使用pop方法刪除元素時，如果索引的值超出了范圍，會引發(fā)IndexError異常，錯誤消息是：pop index out of range。
從列表中刪除元素其實還有一種方式，就是使用Python中的del關鍵字后面跟要刪除的元素，這種做法跟使用pop方法指定索引刪除元素沒有實質性的區(qū)別，但后者會返回刪除的元素，前者在性能上略優(yōu)（del對應字節(jié)碼指令是DELETE_SUBSCR，而pop對應的字節(jié)碼指令是CALL_METHOD和POP_TOP，不理解就跳過，不用管它?。。。?/p>
items = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin'] del items[1] print(items) # ['Python', 'Go', 'Kotlin']
3.2元素位置和次數(shù)
列表類型的index方法可以查找某個元素在列表中的索引位置；因為列表中允許有重復的元素，所以列表類型提供了count方法來統(tǒng)計一個元素在列表中出現(xiàn)的次數(shù)。請看下面的代碼。
items = ['Python', 'Java', 'Java', 'Go', 'Kotlin', 'Python']
# 查找元素的索引位置
print(items.index('Python')) # 0
print(items.index('Python', 2)) # 5
# 注意：雖然列表中有'Java'，但是從索引為3這個位置開始后面是沒有'Java'的
print(items.index('Java', 3)) # ValueError: 'Java' is not in list
再來看看下面這段代碼。
items = ['Python', 'Java', 'Java', 'Go', 'Kotlin', 'Python']
# 查找元素出現(xiàn)的次數(shù)
print(items.count('Python')) # 2
print(items.count('Go')) # 1
print(items.count('Swfit')) # 0
3.3元素排序和反轉
列表的sort操作可以實現(xiàn)列表元素的排序，而reverse操作可以實現(xiàn)元素的反轉，代碼如下所示。
items = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin', 'Python'] # 排序 items.sort() print(items) # ['Go', 'Java', 'Kotlin', 'Python', 'Python'] # 反轉 items.reverse() print(items) # ['Python', 'Python', 'Kotlin', 'Java', 'Go']
4.列表的生成式
在Python中，列表還可以通過一種特殊的字面量語法來創(chuàng)建，這種語法叫做生成式。我們給出兩段代碼，大家可以做一個對比，看看哪一種方式更加簡單優(yōu)雅。
通過for循環(huán)為空列表添加元素。
# 創(chuàng)建一個由1到9的數(shù)字構成的列表
items1 = []
for x in range(1, 10):
items1.append(x)
print(items1)
# 創(chuàng)建一個由'hello world'中除空格和元音字母外的字符構成的列表
items2 = []
for x in 'hello world':
if x not in ' aeiou':
items2.append(x)
print(items2)
# 創(chuàng)建一個由個兩個字符串中字符的笛卡爾積構成的列表
items3 = []
for x in 'ABC':
for y in '12':
items3.append(x + y)
print(items3)
通過生成式創(chuàng)建列表。
# 創(chuàng)建一個由1到9的數(shù)字構成的列表 items1 = [x for x in range(1, 10)] print(items1) # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] # 創(chuàng)建一個由'hello world'中除空格和元音字母外的字符構成的列表 items2 = [x for x in 'hello world' if x not in ' aeiou'] print(items2) # ['h', 'l', 'l', 'w', 'r', 'l', 'd'] # 創(chuàng)建一個由個兩個字符串中字符的笛卡爾積構成的列表 items3 = [x + y for x in 'ABC' for y in '12'] print(items3) # ['A1', 'A2', 'B1', 'B2', 'C1', 'C2']
下面這種方式不僅代碼簡單優(yōu)雅，而且性能也優(yōu)于上面使用for循環(huán)和append方法向空列表中追加元素的方式。可以簡單跟大家交待下為什么生成式擁有更好的性能，那是因為Python解釋器的字節(jié)碼指令中有專門針對生成式的指令（LIST_APPEND指令）；而for循環(huán)是通過方法調用（LOAD_METHOD和CALL_METHOD指令）的方式為列表添加元素，方法調用本身就是一個相對耗時的操作。對這一點不理解也沒有關系，記住“強烈建議用生成式語法來創(chuàng)建列表”這個結論就可以了。
5.嵌套的列表
Python語言沒有限定列表中的元素必須是相同的數(shù)據(jù)類型，也就是說一個列表中的元素可以任意的數(shù)據(jù)類型，當然也包括列表。如果列表中的元素又是列表，那么我們可以稱之為嵌套的列表。嵌套的列表可以用來表示表格或數(shù)學上的矩陣，例如：我們想保存5個學生3門課程的成績，可以定義一個保存5個元素的列表保存5個學生的信息，而每個列表元素又是3個元素構成的列表，分別代表3門課程的成績。但是，一定要注意下面的代碼是有問題的。
scores = [[0] * 3] * 5 print(scores) # [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
看上去我們好像創(chuàng)建了一個5 * 3的嵌套列表，但實際上當我們錄入第一個學生的第一門成績后，你就會發(fā)現(xiàn)問題來了，我們看看下面代碼的輸出。
# 嵌套的列表需要多次索引操作才能獲取元素 scores[0][0] = 95 print(scores) # [[95, 0, 0], [95, 0, 0], [95, 0, 0], [95, 0, 0], [95, 0, 0]]
我們不去過多的解釋為什么會出現(xiàn)這樣的問題，如果想深入研究這個問題，可以通過Python Tutor網(wǎng)站的可視化代碼執(zhí)行功能，看看創(chuàng)建列表時計算機內存中發(fā)生了怎樣的變化，下面的圖就是在這個網(wǎng)站上生成的。建議大家不去糾結這個問題，現(xiàn)階段只需要記住不能用[[0] * 3] * 5]這種方式來創(chuàng)建嵌套列表就行了。那么創(chuàng)建嵌套列表的正確做法是什么呢，下面的代碼會給你答案。
scores = [[0] * 3 for _ in range(5)] scores[0][0] = 95 print(scores) # [[95, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
總結
Python中的列表底層是一個可以動態(tài)擴容的數(shù)組，列表元素在內存中也是連續(xù)存儲的，所以可以實現(xiàn)隨機訪問（通過一個有效的索引獲取到對應的元素且操作時間與列表元素個數(shù)無關）。我們暫時不去觸碰這些底層存儲細節(jié)以及列表每個方法的漸近時間復雜度（執(zhí)行這個方法耗費的時間跟列表元素個數(shù)的關系），等需要的時候再告訴大家?，F(xiàn)階段，大家只需要知道列表是容器，可以保存各種類型的數(shù)據(jù)，可以通過索引操作列表元素，知道這些就足夠了。
以上就是Python常用數(shù)據(jù)類型之列表使用詳解的詳細內容，更多關于Python列表的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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