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Python如何定义和使用列表

发布时间:2021-08-24 17:46:18 来源:亿速云 阅读:284 作者:chen 栏目:编程语言

本篇内容主要讲解“Python如何定义和使用列表”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“Python如何定义和使用列表”吧!

在开始本节课的内容之前,我们先给大家一个编程任务,将一颗筛子掷6000次,统计每个点数出现的次数。这个任务对大家来说应该是非常简单的,我们可以用1到6均匀分布的随机数来模拟掷筛子,然后用6个变量分别记录每个点数出现的次数,相信大家都能写出下面的代码。

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点出现了{f1}次')
print(f'2点出现了{f2}次')
print(f'3点出现了{f3}次')
print(f'4点出现了{f4}次')
print(f'5点出现了{f5}次')
print(f'6点出现了{f6}次')

看看上面的代码,相信大家一定觉得它非常的“笨重”和“丑陋”,更可怕的是,如果要统计掷2颗或者更多的筛子统计每个点数出现的次数,那就需要定义更多的变量,写更多的分支结构。讲到这里,相信大家一定想问:有没有办法用一个变量来保存多个数据,有没有办法用统一的代码对多个数据进行操作?答案是肯定的,在Python中我们可以通过容器类型的变量来保存和操作多个数据,我们首先为大家介绍列表(list)这种新的数据类型。

定义和使用列表

在Python中,列表是由一系元素按特定顺序构成的数据序列,这样就意味着定义一个列表类型的变量,可以保存多个数据,而且允许有重复的数据。跟上一课我们讲到的字符串类型一样,列表也是一种结构化的、非标量类型,操作一个列表类型的变量,除了可以使用运算符还可以使用它的方法。

在Python中,可以使用[]字面量语法来定义列表,列表中的多个元素用逗号进行分隔,代码如下所示。

items1 = [35, 12, 99, 68, 55, 87]
print(items1)
items2 = ['Python', 'Java', 'Go', 'Kotlin']
print(items2)

除此以外,还可以通过Python内置的list函数将其他序列变成列表。准确的说,list并不是一个函数,而是创建列表对象的构造器(后面会讲到对象和构造器这两个概念)。

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']

需要说明的是,列表是一种可变数据类型,也就是说列表可以添加元素、删除元素、更新元素,这一点跟我们上一课讲到的字符串有着鲜明的差别。字符串是一种不可变数据类型,也就是说对字符串做拼接、重复、转换大小写、修剪空格等操作的时候会产生新的字符串,原来的字符串并没有发生任何改变。

列表的运算符

和字符串类型一样,列表也支持拼接、重复、成员运算、索引和切片以及比较运算,对此我们不再进行赘述,请大家参考下面的代码。

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]

# 列表的重复
items4 = ['hello'] * 3
print(items4)    # ['hello', 'hello', 'hello']

# 列表的成员运算
print(100 in items3)        # False
print('hello' in items4)    # True

# 获取列表的长度(元素个数)
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]

# 列表的比较运算
items5 = [1, 2, 3, 4]
items6 = list(range(1, 5))
# 两个列表比较相等性比的是对应索引位置上的元素是否相等
print(items5 == items6)    # True
items7 = [3, 2, 1]
# 两个列表比较大小比的是对应索引位置上的元素的大小
print(items5 <= items7)    # True

值得一提的是,由于列表是可变类型,所以通过索引操作既可以获取列表中的元素,也可以更新列表中的元素。对列表做索引操作一样要注意索引越界的问题,对于有N个元素的列表,正向索引的范围是0到N-1,负向索引的范围是-1到-N,如果超出这个范围,将引发IndexError异常,错误信息为:list index out of range。

列表元素的遍历

如果想逐个取出列表中的元素,可以使用for循环的,有以下两种做法。

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)

讲到这里,我们可以用列表的知识来重构上面“掷筛子统计每个点数出现次数”的代码。

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}点出现了{counters[face - 1]}次')

上面的代码中,我们用counters列表中的六个元素分别表示1到6的点数出现的次数,最开始的时候六个元素的值都是0。接下来用随机数模拟掷筛子,如果摇出1点counters[0]的值加1,如果摇出2点counters[1]的值加1,以此类推。大家感受一下,这段代码是不是比之前的代码要简单优雅很多。

列表的方法

和字符串一样,列表类型的方法也很多,下面为大家讲解比较重要的方法。

添加和删除元素

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']

# 删除指定的元素
items.remove('Java')
print(items)    # ['Python', 'SQL', 'Go', 'Kotlin', 'Swift']
# 删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方法删除元素时,如果要删除的元素并不在列表中,会引发ValueError异常,错误消息是:list.remove(x): x not in list。在使用pop方法删除元素时,如果索引的值超出了范围,会引发IndexError异常,错误消息是:pop index out of range。

从列表中删除元素其实还有一种方式,就是使用Python中的del关键字后面跟要删除的元素,这种做法跟使用pop方法指定索引删除元素没有实质性的区别,但后者会返回删除的元素,前者在性能上略优(del对应字节码指令是DELETE_SUBSCR,而pop对应的字节码指令是CALL_METHOD和POP_TOP)。

items = ['Python', 
'Java', 
'Go', 
'Kotlin']
del items[1]
print(items)    # ['Python', 'Go', 'Kotlin']

元素位置和次数

列表类型的index方法可以查找某个元素在列表中的索引位置;因为列表中允许有重复的元素,所以列表类型提供了count方法来统计一个元素在列表中出现的次数。请看下面的代码。

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:虽然列表中有'Java',但是从索引为3这个位置开始后面是没有'Java'的
print(items.index('Java', 3))      # ValueError: 'Java' is not in list

再来看看下面这段代码。

items = ['Python', 
'Java', 
'Java', 
'Go', 
'Kotlin', 
'Python']

# 查找元素出现的次数
print(items.count('Python'))    # 2
print(items.count('Go'))        # 1
print(items.count('Swfit'))     # 0

元素排序和反转

列表的sort操作可以实现列表元素的排序,而reverse操作可以实现元素的反转,代码如下所示。

items = ['Python', 
'Java', 
'Go', 
'Kotlin', 
'Python']

# 排序
items.sort()
print(items)    # ['Go', 'Java', 'Kotlin', 'Python', 'Python']
# 反转
items.reverse()
print(items)    # ['Python', 'Python', 'Kotlin', 'Java', 'Go']

列表的生成式

在Python中,列表还可以通过一种特殊的字面量语法来创建,这种语法叫做生成式。我们给出两段代码,大家可以做一个对比,看看哪一种方式更加简单优雅。

通过for循环为空列表添加元素。

# 创建一个由1到9的数字构成的列表
items1 = []
for x in range(1, 10):
   items1.append(x)
print(items1)

# 创建一个由'hello world'中除空格和元音字母外的字符构成的列表
items2 = []
for x in 'hello world':
   if x not in ' aeiou':
       items2.append(x)
print(items2)

# 创建一个由个两个字符串中字符的笛卡尔积构成的列表
items3 = []
for x in 'ABC':
   for y in '12':
       items3.append(x + y)
print(items3)

通过生成式创建列表。

# 创建一个由1到9的数字构成的列表
items1 = [x for x in range(1, 10)]
print(items1)    # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# 创建一个由'hello world'中除空格和元音字母外的字符构成的列表
items2 = [x for x in 'hello world' if x not in ' aeiou']
print(items2)    # ['h', 'l', 'l', 'w', 'r', 'l', 'd']

# 创建一个由个两个字符串中字符的笛卡尔积构成的列表
items3 = [x + y for x in 'ABC' for y in '12']
print(items3)    # ['A1', 'A2', 'B1', 'B2', 'C1', 'C2']

下面这种方式不仅代码简单优雅,而且性能也优于上面使用for循环和append方法向空列表中追加元素的方式。可以简单跟大家交待下为什么生成式拥有更好的性能,那是因为Python解释器的字节码指令中有专门针对生成式的指令(LIST_APPEND指令);而for循环是通过方法调用(LOAD_METHOD和CALL_METHOD指令)的方式为列表添加元素,方法调用本身就是一个相对耗时的操作。对这一点不理解也没有关系,记住“强烈建议用生成式语法来创建列表”这个结论就可以了。

嵌套的列表

Python语言没有限定列表中的元素必须是相同的数据类型,也就是说一个列表中的元素可以任意的数据类型,当然也包括列表。如果列表中的元素又是列表,那么我们可以称之为嵌套的列表。嵌套的列表可以用来表示表格或数学上的矩阵,例如:我们想保存5个学生3门课程的成绩,可以定义一个保存5个元素的列表保存5个学生的信息,而每个列表元素又是3个元素构成的列表,分别代表3门课程的成绩。但是,一定要注意下面的代码是有问题的。

scores = [[0] * 
3] * 
5
print(scores)    # [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

看上去我们好像创建了一个5 * 3的嵌套列表,但实际上当我们录入第一个学生的第一门成绩后,你就会发现问题来了,我们看看下面代码的输出。

# 嵌套的列表需要多次索引操作才能获取元素
scores[0][0] = 95
print(scores)    # [[95, 0, 0], [95, 0, 0], [95, 0, 0], [95, 0, 0], [95, 0, 0]]

我们不去过多的解释为什么会出现这样的问题,如果想深入研究这个问题,可以通过Python Tutor网站的可视化代码执行功能,看看创建列表时计算机内存中发生了怎样的变化,下面的图就是在这个网站上生成的。建议大家不去纠结这个问题,现阶段只需要记住不能用[[0] * 3] * 5]这种方式来创建嵌套列表就行了。那么创建嵌套列表的正确做法是什么呢,下面的代码会给你答案。

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]]

Python如何定义和使用列表

到此,相信大家对“Python如何定义和使用列表”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是亿速云网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!

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