Python 序列

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尚学堂 Python 400 集

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代码测试所用版本： Python 3.8.2

1 序列

序列是一种数据存储方式，用来存储一系列的数据。在内存中，序列就是一块用来存放多个值的连续的内存空间。比如一个整数序列[10,20,30,40]，可以这样示意表示：

由于Python3中一切皆对象，在内存中实际是按照如下方式存储的（中间的一：
a = [10,20,30,40]

从图示中，我们可以看出序列中存储的是整数对象的地址，而不是整数对象的值。python中常用的序列结构有：
字符串、列表、元组、字典、集合

2 列表简介

列表：用于存储任意数目、任意类型的数据集合。
列表是内置可变序列，是包含多个元素的有序连续的内存空间。列表定义的标准语法格式：

a = [10,20,30,40]

其中，10,20,30,40这些称为：列表a的元素。
列表中的元素可以各不相同，可以是任意类型。比如：

a = [10,20,'abc',True]

列表对象的常用方法汇总如下

方法	要点	描述
list.append(x)	增加元素	将元素x增加到列表list尾部
list.extend(aList)	增加元素	将列表alist所有元素加到列表list尾部
list.insert(index,x)	增加元素	在列表list指定位置index处插入元素x
list.remove(x)	删除元素	在列表list中删除首次出现的指定元素x
list.pop([index])	删除元素	删除并返回列表list指定为止index处的元素，默认是最后一个元素
list.clear()	删除所有元素	删除列表所有元素，并不是删除列表对象
list.index(x)	访问元素	返回第一个x的索引位置，若不存在x元素抛出异常
list.count(x)	计数	返回指定元素x在列表list中出现的次数
len(list)	列表长度	返回列表中包含元素的个数
list.reverse()	翻转列表	所有元素原地翻转
list.sort()	排序	所有元素原地排序
list.copy()	浅拷贝	返回列表对象的浅拷贝

Python的列表大小可变，根据需要随时增加或缩小。

字符串和列表都是序列类型，一个字符串是一个字符序列，一个列表是任何元素的序列。我们前面学习的很多字符串的方法，在列表中也有类似的用法，几乎一模一样。

3 列表的创建

3.1 基本语法[]创建

>>> a = [10,20,'gaoqi','sxt']
>>> a = []    #创建一个空的列表对象
>>>> a.append(20)
>>> a
[20]

3.2 list()创建

使用list()可以将任何可迭代的数据转化成列表。

>>> a = list()  #创建一个空的列表对象
>>> a = list(range(10))
>>> a
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> a = list("gaoqi,sxt")
>>> a
['g', 'a', 'o', 'q', 'i', ',', 's', 'x', 't']
>>> a =range(10)
>>> type(a)
<class 'range'>
>>> a
range(0, 10)
>>> list(a)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

3.3 range()创建整数列表

range()可以帮助我们非常方便的创建整数列表，这在开发中及其有用。语法格式为：

range([start,] end [,step]) 
'''
start参数：可选，表示起始数字。默认是0
end参数：必选，表示结尾数字。包头不包尾
step参数：可选，表示步长，默认为1
'''

python3中range()返回的是一个range对象，而不是列表。我们需要通过list()方法将其转换成列表对象。
典型示例如下：

>>> list(range(3,15,2))
[3, 5, 7, 9, 11, 13]
>>> list(range(15,3,-1))
[15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4]
>>> list(range(3,-10,-1))
[3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9]

3.4 推导式生成列表(简介一下，重点在for循环后讲)

使用列表推导式可以非常方便的创建列表，在开发中经常使用。但是，由于涉及到for循环和if语句。在此，仅做基本介绍。在我们控制语句后面，会详细讲解更多列表推导式的细节。

>>> a = [x*2  for  x  in range(5)]    #循环创建多个元素
>>> a
[0, 2, 4, 6, 8]
>>> a = [x*2 for x in range(100) if x%9==0]     #通过if过滤元素
>>> a
[0, 18, 36, 54, 72, 90, 108, 126, 144, 162, 180, 198]

4 列表元素的增加和删除

当列表增加和删除元素时，列表会自动进行内存管理，大大减少了程序员的负担。但这个特点涉及列表元素的大量移动，效率较低。除非必要，我们一般只在列表的尾部添加元素或删除元素，这会大大提高列表的操作效率。
append()方法
原地修改列表对象，是真正的列表尾部添加新的元素，速度最快，推荐使用。

>>> a = [20,40]
>>> id(a)
2413707310144
>>> a.append(80)
>>> a
[20, 40, 80]
>>> id(a)
2413707310144

4.1 +运算符操作

并不是真正的尾部添加元素，而是创建新的列表对象；将原列表的元素和新列表的元素依次复制到新的列表对象中。这样，会涉及大量的复制操作，对于操作大量元素不建议使用。

>>> a = [20,40]
>>> id(a)
2413707310144
>>> a = a+[50]
>>> id(a)
2413739271232

通过如上测试，我们发现变量a的地址发生了变化。也就是创建了新的列表对象。

4.2 extend()方法

将目标列表的所有元素添加到本列表的尾部，属于原地操作，不创建新的列表对象。

>>> a = [20,40]
>>> id(a)
2413707312448
>>> a.extend([50,60])
>>> id(a)
2413707312448

4.3 insert()插入元素

使用insert()方法可以将指定的元素插入到列表对象的任意制定位置。这样会让插入位置后面所有的元素进行移动，会影响处理速度。涉及大量元素时，尽量避免使用。类似发生这种移动的函数还有：remove()、pop()、del()，它们在删除非尾部元素时也会发生操作位置后面元素的移动。

>>> a = [10,20,30,40]
>>> a.insert(2,100)
>>> a
[10, 20, 100, 30, 40]

4.4 乘法扩展

使用乘法扩展列表，生成一个新列表，新列表元素时原列表元素的多次重复。

>>> a = ['sxt',100]
>>> b = a*3
>>> a
['sxt', 100]
>>> b
['sxt', 100, 'sxt', 100, 'sxt', 100]

适用于乘法操作的，还有：字符串、元组。例如：

>>> c = 'sxt'
>>> d = c*3
>>> c
'sxt'
>>> d
'sxtsxtsxt'

5列表元素的删除

5.1 del 删除

删除列表指定位置的元素。

>>> a = [100,200,888,300,400]
>>> a[2]
888
>>> del a[2]      # 可对索引操作，列表后用[]，表示索引
>>> a
[100, 200, 300, 400]

5.2 pop()方法

pop()删除并返回指定位置元素，如果未指定位置则默认操作列表最后一个元素。

>>> a = [10,20,30,40,50]
>>> b = a.pop()
>>> b                    # 将a最后一个弹出
50
>>> a
[10, 20, 30, 40]
>>> a.pop(1)            # 可对索引操作，方法后用()，表示索引
20
>>> a
[10, 30, 40]

5.3 remove()方法

删除首次出现的指定元素，若不存在该元素抛出异常。

>>> a = [10,20,30,40,50,20,30,20,30]
>>> a.remove(20)         # 对元素操作
>>> a
[10, 30, 40, 50, 20, 30, 20, 30]
>>> a.remove(100)
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in <module>
    a.remove(100)
ValueError: list.remove(x): x not in list

6 列表元素访问和计数

6.1 通过索引直接访问元素

我们可以通过索引直接访问元素。索引的区间在[0, 列表长度-1]这个范围。超过这个范围则会抛出异常。

>>> a = [10,20,30,40,50,20,30,20,30]
>>> a[2]
30
>>> a[10]
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in <module>
    a[10]
IndexError: list index out of range

6.2 index()获得指定元素在列表中首次出现的索引

index()可以获取指定元素首次出现的索引位置。语法是：index(value,[start,[end]])。其中，start和end指定了搜索的范围。

>>> a = [10,20,30,40,50,20,30,20,30]
>>> a.index(20)
1

>>> a.index(20,3)   #从索引位置3开始往后搜索的第一个20
5
>>> a.index(30,5,7)  #从索引位置5到7这个区间，第一次出现30元素的位置
6
>>> a.index(30,5,6)  #包头不包尾
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in <module>
    a.index(30,5,6)
ValueError: 30 is not in list

6.3 count()获得指定元素在列表中出现的次数

count()可以返回指定元素在列表中出现的次数。

>>> a = [10,20,30,40,50,20,30,20,30]
>>> a.count(20)
3

6.4 len()返回列表长度

len()返回列表长度，即列表中包含元素的个数。
>>> a = [10,20,30]
>>> len(a)
3

6.5 成员资格判断

判断列表中是否存在指定的元素，我们可以使用count()方法，返回0则表示不存在，返回大于0则表示存在。但是，一般我们会使用更加简洁的in关键字来判断，直接返回True或False。

>>> a = [10,20,30,40,50,20,30,20,30]
>>> 20 in a
True
>>> 100 not in a
True
>>> 30 not in a
False

7 切片操作

我们在前面学习字符串时，学习过字符串的切片操作，对于列表的切片操作和字符串类似。
切片是Python序列及其重要的操作，适用于列表、元组、字符串等等。切片的格式如下：

切片slice操作可以让我们快速提取子列表或修改（切片提取操作不会修改原列表）。标准格式为：

[起始偏移量start:终止偏移量end[:步长step]]  

注：当步长省略时顺便可以省略第二个冒号

典型操作(三个量为正数的情况)如下：

操作和说明	示例	结果
[:] 提取整个列表	[10,20,30][:]	[10,20,30]
[start:]从start索引开始到结尾	[10,20,30][1:]	[20,30]
[:end]从头开始知道end-1	[10,20,30][:2]	[10,20]
[start:end]从start到end-1	[10,20,30,40][1:3]	[20,30]
[start: end :step]从start提取到end-1，步长是step	[10,20,30,40,50,60,70][1:6:2]	[20, 40, 60]

其他操作（三个量为负数）的情况：

示例	说明	结果
[10,20,30,40,50,60,70][-3:]	倒数三个	[50,60,70]
[10,20,30,40,50,60,70][-5:-3]	倒数第五个到倒数第三个(包头不包尾)	[30,40]
[10,20,30,40,50,60,70][::-1]	步长为负，从右到左反向提取	[70, 60, 50, 40, 30, 20, 10]

切片操作时，起始偏移量和终止偏移量不在[0,字符串长度-1]这个范围，也不会报错。起始偏移量小于0则会当做0，终止偏移量大于“长度-1”会被当成”长度-1”。例如：

>>> [10,20,30,40][1:30]
[20, 30, 40]
>>> [10,20,30,40][1:30:30]
[20]

我们发现正常输出了结果，没有报错。

8 列表的遍历

for obj  in  listObj:
print(obj)

>>> for x in a:    # IDLE中，有即可换行
	print(x)

10
20
30
40
50
20
30
20
30
>>> for x in a:
	print(x,end="#")

	
10#20#30#40#50#20#30#20#30#

9 复制列表所有的元素到新列表对象

如下代码实现列表元素的复制了吗？

list1 = [30,40,50]
list2 = list1

只是将list2也指向了列表对象，也就是说list2和list1持有地址值是相同的，列表对象本身的元素并没有复制。

我们可以通过如下简单方式，实现列表元素内容的复制：

list1 = [30,40,50]
list2 = [] + list1

注：我们后面也会学习copy模块，使用浅复制或深复制实现我们的复制操作。

10 列表排序

10.1 修改原列表，不建新列表的排序

sort()方法

>>> a = [20,10,30,40]
>>> id(a)
2413739738688
>>> a.sort()         #默认是升序排列
>>> a
[10, 20, 30, 40]
>>> id(a)
2413739738688
>>> a.sort(reverse=True)    #降序排列，翻转
>>> a
[40, 30, 20, 10]
>>> import random
>>> random.shuffle(a)    #打乱顺序
>>> a
[40, 10, 20, 30]
>>> id(a)
2413739738688
>>> random.shuffle(a)
>>> a
[10, 40, 20, 30]

10.2 建新列表的排序

我们也可以通过内置函数sorted()进行排序，这个方法返回新列表，不对原列表做修改。

>>> a = [20,10,30,40]
>>> id(a)
2413739803648
>>> a = sorted(a)    # 对原列表修改
>>> a
[10, 20, 30, 40]
>>> id(a)
2413739738688
>>> b = sorted(a)    # 不对原列表修改

>>> b
[10, 20, 30, 40]
>>> id(a)
2413739738688
>>> id(b)
2413739803456
>>> c = sorted(a,reverse=True)    #降序，翻转
>>> c
[40, 30, 20, 10]
>>> d = sorted(c,reverse=True)    #对c降序，翻转，不变
>>> d
[40, 30, 20, 10]

通过上面操作，我们可以看出，生成的列表对象b和c都是完全新的列表对象。

10.3 reversed()返回迭代器

内置函数reversed()也支持进行逆序排列，与列表对象reverse()方法不同的是，内置函数reversed()不对原列表做任何修改，只是返回一个逆序排列的迭代器对象。

>>> a = [20,10,30,40]
>>> a[::-1]
[40, 30, 10, 20]
>>> a
[20, 10, 30, 40]    #切片提取操作不修改原列表
>>> c = reversed(a)
>>> c
<list_reverseiterator object at 0x00000231FE189910>
>>> list(c)
[40, 30, 10, 20]
>>> list(c)    #迭代器只能用一次，指针
[]

我们打印输出c发现提示是：list_reverseiterator。也就是一个迭代对象。同时，我们使用list©进行输出，发现只能使用一次。第一次输出了元素，第二次为空。那是因为迭代对象在第一次时已经遍历结束了，第二次不能再使用。

注：关于迭代对象的使用，后续章节会进行详细讲解。

11 列表相关的其他内置函数汇总

11.1 max和min

用于返回列表中最大和最小值。

>>> a = [3,10,20,15,9]
>>> max(a)
20
>>> min(a)
3

11.2 sum

对数值型列表的所有元素进行求和操作，对非数值型列表运算则会报错。

>>> a = [3,10,20,15,9]
>>> sum(a)
57

12 多维列表

12.1 二维列表

一维列表可以帮助我们存储一维、线性的数据。
二维列表可以帮助我们存储二维、表格的数据。例如下表的数据：

姓名	年龄	薪资	城市
高小一	18	30000	北京
高小二	19	20000	上海
高小五	20	10000	深圳

源码：

a = [
        ["高小一",18,30000,"北京"],
	    ["高小二",19,20000,"上海"],
	    ["高小一",20,10000,"深圳"],
    ]

内存结构图：

>>> print(a[1][0],a[1][1],a[1][2])
高小二 19 20000

嵌套循环打印二维列表所有的数据

a = [
        ["高小一",18,30000,"北京"],
	["高小二",19,20000,"上海"],
	["高小一",20,10000,"深圳"],
    ]
for m in range(3):
    for n in range(4):
        print(a[m][n],end="\t")
    print() #打印完一行，换行

运行结果：

高小一	18	30000	北京
高小二	19	20000	上海
高小一	20	10000	深圳