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Python list列表

2020-03-30  本文已影响0人  LinuxLeeSinYY

Python3 中有六个标准的数据类型:

Python3 的六个标准数据类型中:

不可变数据(3 个):Number(数字)、String(字符串)、Tuple(元组);

可变数据(3 个): List(列表)、Dictionary(字典)、Set(集合)。

4.1 什么是序列

Python 序列(Sequence)是指按特定顺序依次排列的一组数据,它们可以占用一块连续的内存,也可以分散到多块内存中。

Python 中的序列类型包括列表(list)、元组(tuple)、字典(dict)和集合(set)

列表(list)和元组(tuple)比较相似,它们都按顺序保存元素,所有的元素占用一块连续的内存,每个元素都有自己的索引,因此列表和元组的元素都可以通过索引(index)来访问。

它们的区别在于:列表是可以修改的,而元组是不可修改的。

字典(dict)和集合(set)存储的数据都是无序的,每份元素占用不同的内存,其中字典元素以 key-value 的形式保存。

在 Python 中,序列类型包括字符串、列表、元组、集合和字典,这些序列支持以下几种通用的操作,但比较特殊的是,集合和字典不支持索引、切片、相加和相乘操作。

序列索引

序列中,每个元素都有属于自己的编号(索引)。
从左往右正向索引:元素下标从0开始

元素1 元素2 元素3 元素4 元素5
0 1 2 3 4

从右往左负向索引:元素下标从-1开始

元素1 元素2 元素3 元素4 元素5
-5 -4 -3 -2 -1

索引实例:

str="ABCDEF"
print(str[0],"==",str[-6])
print(str[5],"==",str[-1])  

运行结果:

A==A
F==F

序列切片

切片操作是访问序列中元素的另一种方法,它可以访问一定范围内的元素,通过切片操作,可以生成一个新的序列。

序列实现切片操作的语法格式如下:

sname[start : end : step]

其中,各个参数的含义分别是:

sname:表示序列的名称;
start:表示切片的开始索引位置(包括该位置),此参数也可以不指定,会默认为 0,也就是从序列的开头进行切片;
end:表示切片的结束索引位置(不包括该位置),如果不指定,则默认为序列的长度;
step:表示在切片过程中,隔几个存储位置(包含当前位置)取一次元素,也就是说,如果 step 的值大于 1,则在进行切片去序列元素时,会“跳跃式”的取元素。如果省略设置 step 的值,则最后一个冒号就可以省略。

例如,对字符串“C语言中文网”进行切片:

str="C语言中文网"
#取索引区间为[0,2]之间(不包括索引2处的字符)的字符串
print(str[:2])
#隔 1 个字符取一个字符,区间是整个字符串
print(str[::2])
#取整个字符串,此时 [] 中只需一个冒号即可
print(str[:])  

运行结果为:

C语
C言文
C语言中文网 

注意:序列切片区间遵循“左闭右开,左小右大”的原则

序列相加

Python 中,支持两种类型相同的序列使用“+”运算符做相加操作,它会将两个序列进行连接,但不会去除重复的元素。

这里所说的“类型相同”,指的是“+”运算符的两侧序列要么都是序列类型,要么都是元组类型,要么都是字符串。

如下所示:

str="c.biancheng.net"
print("C语言"+"中文网:"+str)

输出结果为:

C语言中文网:c.biancheng.net

序列相乘

Python 中,使用数字 n 乘以一个序列会生成新的序列,其内容为原来序列被重复 n 次的结果。例如:

str="C语言中文网"
print(str*3)

输出结果为:

'C语言中文网C语言中文网C语言中文网'

比较特殊的是,列表类型在进行乘法运算时,还可以实现初始化指定长度列表的功能。例如如下的代码,将创建一个长度为 5 的列表,列表中的每个元素都是 None,表示什么都没有。

list = [None]*5
print(list)

输出结果为:

[None, None, None, None, None]

检查元素是否包含在序列中

Python 中,可以使用 in 关键字检查某元素是否为序列的成员,其语法格式为:

value in sequence

其中,value 表示要检查的元素,sequence 表示指定的序列。

例如,检查字符‘c’是否包含在字符串“c.biancheng.net”中,可以执行如下代码:

str="c.biancheng.net"
print('c'in str)

运行结果为:

True

in 关键字用法相同,但功能恰好相反的,还有 not in 关键字,它用法检查某个元素是否不包含在指定的序列中,比如说:

str="c.biancheng.net"
print('c' not in str)

输出结果为:

False

序列相关内置函数和方法

序列相关内置函数

4.2 Python list列表详解

从形式上看,列表会将所有元素都放在一对中括号[ ]里面,相邻元素之间用逗号,分隔,如下所示:

[element1, element2, element3, ..., elementn]

格式中,element1 ~ elementn 表示列表中的元素,个数没有限制,只要是 Python 支持的数据类型就可以。

从内容上看,列表可以存储整数、小数、字符串、列表、元组等任何类型的数据,并且同一个列表中元素的类型也可以不同。比如说:

["http://c.biancheng.net/python/", 1, [2,3,4] , 3.0]

可以看到,列表中同时包含字符串、整数、列表、浮点数这些数据类型。

列表相关方法

Python创建列表

使用[ ]创建列表后,一般使用=将它赋值给某个变量,具体格式如下:

listname = [element1 , element2 , element3 , ... , elementn]

其中,listname 表示变量名,element1 ~ elementn 表示列表元素。

例如,下面定义的列表都是合法的:

num = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
name = ["C语言中文网", "http://c.biancheng.net"]
program = ["C语言", "Python", "Java"]

另外,使用此方式创建列表时,列表中元素可以有多个,也可以一个都没有,例如:

emptylist = [ ]

这表明,emptylist 是一个空列表。

除了使用[ ]创建列表外,Python 还提供了一个内置的函数 list(),使用它可以将其它数据类型转换为列表类型。例如:

#将字符串转换成列表
list1 = list("hello")
print(list1)
#将元组转换成列表
tuple1 = ('Python', 'Java', 'C++', 'JavaScript')
list2 = list(tuple1)
print(list2)
#将字典转换成列表
dict1 = {'a':100, 'b':42, 'c':9}
list3 = list(dict1)
print(list3)
#将区间转换成列表
range1 = range(1, 6)
list4 = list(range1)
print(list4)
#创建空列表
print(list())

运行结果:

['h', 'e', 'l', 'l', 'o']
['Python', 'Java', 'C++', 'JavaScript']
['a', 'b', 'c']
[1, 2, 3, 4, 5]
[]     

访问列表元素

列表是 Python 序列的一种,我们可以使用索引(Index)访问列表中的某个元素(得到的是一个元素的值),也可以使用切片访问列表中的一组元素(得到的是一个新的子列表)。

使用索引访问列表元素的格式为: listname[i]

其中,listname 表示列表名字,i 表示索引值。列表的索引可以是正数,也可以是负数。

使用切片访问列表元素的格式为:

listname[start : end : step]

其中,listname 表示列表名字,start 表示起始索引,end 表示结束索引,step 表示步长。

以上两种方式我们已在《Python序列》中进行了讲解,这里就不再赘述了,仅作示例演示,请看下面代码:

url = list("http://c.biancheng.net/shell/")
#使用索引访问列表中的某个元素
print(url[3])  #使用正数索引
print(url[-4])  #使用负数索引
#使用切片访问列表中的一组元素
print(url[9: 18])  #使用正数切片
print(url[9: 18: 3])  #指定步长
print(url[-6: -1])  #使用负数切片  

运行结果:

p
e
['b', 'i', 'a', 'n', 'c', 'h', 'e', 'n', 'g']
['b', 'n', 'e']
['s', 'h', 'e', 'l', 'l']  

Python删除列表

对于已经创建的列表,如果不再使用,可以使用del关键字将其删除。

实际开发中并不经常使用 del 来删除列表,因为 Python 自带的垃圾回收机制会自动销毁无用的列表,即使开发者不手动删除,Python 也会自动将其回收。

del 关键字的语法格式为: del listname

其中,listname 表示要删除列表的名称。

Python 删除列表实例:

intlist = [1, 45, 8, 34]
print(intlist)
del intlist
print(intlist)

运行结果:

[1, 45, 8, 34]
Traceback (most recent call last):
    File "C:\Users\mozhiyan\Desktop\demo.py", line 4, in <module>
        print(intlist)
NameError: name 'intlist' is not defined

4.3 Python list列表添加元素

Python append()方法添加元素

append() 方法用于在列表的末尾追加元素,该方法的语法格式如下:

listname.append(obj)

其中,listname 表示要添加元素的列表;obj 表示到添加到列表末尾的数据,它可以是单个元素,也可以是列表、元组等。

请看下面的演示:

l = ['Python', 'C++', 'Java']
#追加元素
l.append('PHP')
print(l)
#追加元组,整个元组被当成一个元素
t = ('JavaScript', 'C#', 'Go')
l.append(t)
print(l)
#追加列表,整个列表也被当成一个元素
l.append(['Ruby', 'SQL'])
print(l)  

运行结果为:

['Python', 'C++', 'Java', 'PHP']
['Python', 'C++', 'Java', 'PHP', ('JavaScript', 'C#', 'Go')]
['Python', 'C++', 'Java', 'PHP', ('JavaScript', 'C#', 'Go'), ['Ruby', 'SQL']]

可以看到,当给 append() 方法传递列表或者元组时,此方法会将它们视为一个整体,作为一个元素添加到列表中,从而形成包含列表和元组的新列表。

Python extend()方法添加元素

extend()append() 的不同之处在于:extend() 不会把列表或者元祖视为一个整体,而是把它们包含的元素逐个添加到列表中。

extend() 方法的语法格式如下:

listname.extend(obj)

其中,listname 指的是要添加元素的列表;obj 表示到添加到列表末尾的数据,它可以是单个元素,也可以是列表、元组等。

请看下面的演示:

l = ['Python', 'C++', 'Java']
#追加元素
l.extend('C')
print(l)
#追加元组,元祖被拆分成多个元素
t = ('JavaScript', 'C#', 'Go')
l.extend(t)
print(l)
#追加列表,列表也被拆分成多个元素
l.extend(['Ruby', 'SQL'])
print(l)  

运行结果:

['Python', 'C++', 'Java', 'C']
['Python', 'C++', 'Java', 'C', 'JavaScript', 'C#', 'Go']
['Python', 'C++', 'Java', 'C', 'JavaScript', 'C#', 'Go', 'Ruby', 'SQL']

Python insert()方法插入元素

append() 和 extend() 方法只能在列表末尾插入元素,如果希望在列表中间某个位置插入元素,那么可以使用 insert() 方法。

insert() 的语法格式如下:

listname.insert(index , obj)

其中,index 表示指定位置的索引值。insert() 会将 obj 插入到 listname 列表第 index 个元素的位置。

当插入列表或者元祖时,insert() 也会将它们视为一个整体,作为一个元素插入到列表中,这一点和 append() 是一样的。

请看下面的演示代码:

l = ['Python', 'C++', 'Java']
#插入元素
l.insert(1, 'C')
print(l)
#插入元组,整个元祖被当成一个元素
t = ('C#', 'Go')
l.insert(2, t)
print(l)
#插入列表,整个列表被当成一个元素
l.insert(3, ['Ruby', 'SQL'])
print(l)
#插入字符串,整个字符串被当成一个元素
l.insert(0, "http://c.biancheng.net")
print(l)  

输出结果为:

['Python', 'C', 'C++', 'Java']
['Python', 'C', ('C#', 'Go'), 'C++', 'Java']
['Python', 'C', ('C#', 'Go'), ['Ruby', 'SQL'], 'C++', 'Java']
['http://c.biancheng.net', 'Python', 'C', ('C#', 'Go'), ['Ruby', 'SQL'], 'C++', 'Java']

4.4 Python list列表删除元素

在 Python 列表中删除元素主要分为以下 3 种场景:

del:根据索引值删除元素

del 是 Python 中的关键字,专门用来执行删除操作,它不仅可以删除整个列表,还可以删除列表中的某些元素。

del 可以删除列表中的单个元素,格式为:

del listname[index]

其中,listname 表示列表名称,index 表示元素的索引值。

del 也可以删除中间一段连续的元素,格式为:

del listname[start : end]

其中,start 表示起始索引,end 表示结束索引。del 会删除从索引 start 到 end 之间的元素,不包括 end 位置的元素。

【示例】使用 del 删除单个列表元素:

lang = ["Python", "C++", "Java", "PHP", "Ruby", "MATLAB"]
#使用正数索引
del lang[2]
print(lang)
#使用负数索引
del lang[-2]
print(lang)  

运行结果:

['Python', 'C++', 'PHP', 'Ruby', 'MATLAB']
['Python', 'C++', 'PHP', 'MATLAB']

【示例】使用 del 删除一段连续的元素:

lang = ["Python", "C++", "Java", "PHP", "Ruby", "MATLAB"]
del lang[1: 4]
print(lang)
lang.extend(["SQL", "C#", "Go"])
del lang[-5: -2]
print(lang)

运行结果:

['Python', 'Ruby', 'MATLAB']
['Python', 'C#', 'Go']  

pop():根据索引值删除元素

Python pop() 方法用来删除列表中指定索引处的元素,具体格式如下:
listname.pop(index)

其中,listname 表示列表名称,index 表示索引值。如果不写 index 参数,默认会删除列表中的最后一个元素,类似于数据结构中的“出栈”操作。

pop() 用法举例:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7]
nums.pop(3)
print(nums)
nums.pop()
print(nums)  

运行结果:

[40, 36, 89, 36, 100, 7]
[40, 36, 89, 36, 100]

大部分编程语言都会提供和 pop() 相对应的方法,就是 push(),该方法用来将元素添加到列表的尾部,类似于数据结构中的“入栈”操作。但是 Python 是个例外,Python 并没有提供 push() 方法,因为完全可以使用 append() 来代替 push() 的功能。

remove():根据元素值进行删除

除了 del 关键字,Python 还提供了 remove() 方法,该方法会根据元素本身的值来进行删除操作。

需要注意的是,remove() 方法只会删除第一个和指定值相同的元素,而且必须保证该元素是存在的,否则会引发 ValueError 错误。

remove() 方法使用示例:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7]
#第一次删除36
nums.remove(36)
print(nums)
#第二次删除36
nums.remove(36)
print(nums)
#删除78
nums.remove(78)
print(nums)  

运行结果:

[40, 89, 2, 36, 100, 7]
[40, 89, 2, 100, 7]
Traceback (most recent call last):
    File "C:\Users\mozhiyan\Desktop\demo.py", line 9, in <module>
        nums.remove(78)
ValueError: list.remove(x): x not in list

最后一次删除,因为 78 不存在导致报错,所以我们在使用 remove() 删除元素时最好提前判断一下。

clear():删除列表所有元素

Python clear() 用来删除列表的所有元素,也即清空列表,请看下面的代码:

url = list("http://c.biancheng.net/python/")
url.clear()
print(url)

运行结果: []


4.5 Python list列表修改元素

Python 提供了两种修改列表(list)元素的方法:

修改单个元素

修改单个元素非常简单,直接对元素赋值即可。请看下面的例子:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7]
nums[2] = -26  #使用正数索引
nums[-3] = -66.2  #使用负数索引
print(nums)  

运行结果:

[40, 36, -26, 2, -66.2, 100, 7]

使用索引得到列表元素后,通过=赋值就改变了元素的值。

修改一组元素

Python 支持通过切片语法给一组元素赋值。在进行这种操作时,如果不指定步长(step 参数),Python 就不要求新赋值的元素个数与原来的元素个数相同;这意味,该操作既可以为列表添加元素,也可以为列表删除元素。

下面的代码演示了如何修改一组元素的值:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7]
#修改第 1~4 个元素的值(不包括第4个元素)
nums[1: 4] = [45.25, -77, -52.5]
print(nums)  

运行结果:

[40, 45.25, -77, -52.5, 36, 100, 7]

如果对空切片(slice)赋值,就相当于插入一组新的元素:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7]
#在4个位置插入元素
nums[4: 4] = [-77, -52.5, 999]
print(nums)  

运行结果:

[40, 36, 89, 2, -77, -52.5, 999, 36, 100, 7]

使用切片语法赋值时,Python 不支持单个值,例如下面的写法就是错误的: nums[4: 4] = -77

但是如果使用字符串赋值,Python 会自动把字符串转换成序列,其中的每个字符都是一个元素,请看下面的代码:

s = list("Hello")
s[2:4] = "XYZ"
print(s)  

运行结果:

['H', 'e', 'X', 'Y', 'Z', 'o']

使用切片语法时也可以指定步长(step 参数),但这个时候就要求所赋值的新元素的个数与原有元素的个数相同,例如:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7]
#步长为2,为第1、3、5个元素赋值
nums[1: 6: 2] = [0.025, -99, 20.5]
print(nums)  

运行结果:

[40, 0.025, 89, -99, 36, 20.5, 7]

4.6 Python list列表查找元素

Python 列表(list)提供了 index() 和 count() 方法,它们都可以用来查找元素。

index() 方法

index() 方法用来查找某个元素在列表中出现的位置(也就是索引),如果该元素不存在,则会导致 ValueError 错误,所以在查找之前最好使用 count() 方法判断一下。

index() 的语法格式为:listname.index(obj, start, end)

其中,listname 表示列表名称,obj 表示要查找的元素,start 表示起始位置,end 表示结束位置。

startend 参数用来指定检索范围:

index() 方法会返回元素所在列表中的索引值。

index() 方法使用举例:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7, -20.5, -999]
#检索列表中的所有元素
print( nums.index(2) )
#检索3~7之间的元素
print( nums.index(100, 3, 7) )
#检索4之后的元素
print( nums.index(7, 4) )
#检索一个不存在的元素
print( nums.index(55) )  

运行结果:

3
5
6
Traceback (most recent call last):
    File "C:\Users\mozhiyan\Desktop\demo.py", line 9, in <module>
        print( nums.index(55) )
ValueError: 55 is not in list

count()方法

count() 方法用来统计某个元素在列表中出现的次数,基本语法格式为:
listname.count(obj)

其中,listname 代表列表名,obj 表示要统计的元素。

如果 count() 返回 0,就表示列表中不存在该元素,所以 count() 也可以用来判断列表中的某个元素是否存在。

count() 用法示例:

nums = [40, 36, 89, 2, 36, 100, 7, -20.5, 36]
#统计元素出现的次数
print("36出现了%d次" % nums.count(36))
#判断一个元素是否存在
if nums.count(100):
    print("列表中存在100这个元素")
else:
    print("列表中不存在100这个元素")  

运行结果:

36出现了3次
列表中存在100这个元素

4.8 Python range() 快速初始化列表

实际场景中,经常需要存储一组数字。例如在游戏中,需要跟踪每个角色的位置,还可能需要跟踪玩家的几个最高得分。在数据可视化中,处理的几乎都是由数字(如温度、距离、人口数量、经度和纬度等)组成的集合。

列表非常适合用于存储数字集合,并且 Python 提供了 range() 函数,可帮助我们高效地处理数字列表,即便列表需要包含数百万个元素,也可以快速实现。

Python range() 函数能够轻松地生成一系列的数字。例如,可以像如下这样使用 range() 来打印一系列数字:

for value in range(1,5):
    print(value)  

输出结果为:

1
2
3
4

注意,在这个示例程序中,range() 只是打印数字 1~4,因为range() 函数的用法是:让 Python 从指定的第一个值开始,一直数到指定的第二个值停止,但不包含第二个值(这里为 5)
因此,如果想要上面程序打印数字 1~5,需要使用 range(1,6)。

另外需要指明的是,range() 函数的返回值并不直接是列表类型(list),例如:

>>> type([1,2,3,4,5])
<class 'list'>
>>> type(range(1,6))
<class 'range'>

可以看到,range() 函数的返回值类型为 range,而不是 list。而如果想要得到 range() 函数创建的数字列表,还需要借助 list() 函数,比如:

>>> list(range(1,6))
[1, 2, 3, 4, 5]

可以看到,如果将 range() 作为 list() 的参数,其输出就是一个数字列表。

不仅如此,在使用 range() 函数时,还可以指定步长。例如,下面的代码打印 1~10 内的偶数:

even_numbers = list(range(2,11,2))
print(even_numbers)  

在这个示例中,函数 range() 从 2 开始数,然后不断地加 2,直到达到或超过终值,因此输出如下:[2, 4, 6, 8, 10]

注意,即便 range() 第二个参数恰好符合条件,最终创建的数字列表中也不会包含它。

实际使用时,range() 函数常常和 Python 循环结构、推导式(后续会讲,这里先不涉及)一起使用,几乎能够创建任何需要的数字列表。

例如,创建这样一个列表,其中包含前 10 个整数(即1~10)的平方,实现代码如下:

squares = []
for value in range(1,11):
    square = value**2
    squares.append(square)
print(squares)  

运行结果为:

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

4.9 Python list列表实现栈和队列

队列和栈是两种数据结构,其内部都是按照固定顺序来存放变量的,二者的区别在于对数据的存取顺序:

考虑到 list 类型数据本身的存放就是有顺序的,而且内部元素又可以是各不相同的类型,非常适合用于队列和栈的实现。本节将演示如何使用 list 类型变量来实现队列和栈。

Python list实现队列

使用 list 列表模拟队列功能的实现方法是:定义一个 list 变量,存入数据时使用 insert() 方法,设置其第一个参数为 0,即表示每次都从最前面插入数据;读取数据时,使用 pop() 方法,即将队列的最后一个元素弹出。

如此 list 列表中数据的存取顺序就符合“先进先出”的特点。实现代码如下:

#定义一个空列表,当做队列
queue = []
#向列表中插入元素
queue.insert(0,1)
queue.insert(0,2)
queue.insert(0,"hello")
print(queue)
print("取一个元素:",queue.pop())
print("取一个元素:",queue.pop())
print("取一个元素:",queue.pop())  

运行结果为:

['hello', 2, 1]
取一个元素: 1
取一个元素: 2
取一个元素: hello

Python list实现栈

使用 list 列表模拟栈功能的实现方法是:使用 append() 方法存入数据;使用 pop() 方法读取数据。
append() 方法向 list 中存入数据时,每次都在最后面添加数据,这和前面程序中的 insert() 方法正好相反。

举个例子:

#定义一个空 list 当做栈
stack = []
stack.append(1)
stack.append(2)
stack.append("hello")
print(stack)
print("取一个元素:",stack.pop())
print("取一个元素:",stack.pop())
print("取一个元素:",stack.pop())  

输出结果为:

[1, 2, 'hello']
取一个元素: hello
取一个元素: 2
取一个元素: 1

collections模块实现栈和队列

前面使用 list 实现队列的例子中,插入数据的部分是通过 insert() 方法实现的,这种方法效率并不高,因为每次从列表的开头插入一个数据,列表中所有元素都得向后移动一个位置。

这里介绍一个相对更高效的方法,即使用标准库的 collections 模块中的 deque 结构体,它被设计成在两端存入和读取都很快的特殊 list,可以用来实现栈和队列的功能。

举个例子:

queueAndStack = deque()
queueAndStack.append(1)
queueAndStack.append(2)
queueAndStack.append("hello")
print(list(queueAndStack))
#实现队列功能,从队列中取一个元素,根据先进先出原则,这里应输出 1
print(queueAndStack.popleft())
#实现栈功能,从栈里取一个元素,根据后进先出原则,这里应输出 hello
print(queueAndStack.pop())
#再次打印列表
print(list(queueAndStack))  

输出结果为:

[1, 2, 'hello']
1
hello
[2]
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