理解该程序输出,Python精进一步

前言

某日,某君抛给我一段python代码:

seq = [1, 2, -1, 0]
seq[0], seq[seq.index(max(seq))] = seq[seq.index(max(seq))], seq[0]
seq[len(seq) - 1], seq[seq.index(min(seq))] = seq[seq.index(min(seq))], seq[len(seq) - 1]
print(seq)

某君不理解程序的输出,想要我解释一下。

在继续阅读之前,读者不妨思考一下程序的输出。

程序的输出

程序输出了[1, 2, 0, -1]

某君的目的

某君要实现的目的很简单:将一个序列里面最大的元素和第一个元素进行交换,将最小的元素和最后一个元素进行交换(暂不考虑效率)。

某君的困惑

某君发现上面的代码不能交换最大的元素但是可以交换最小的元素,这是某君最大的困惑,在某君看来,其认为两行代码的逻辑完全一致,要是能够成功运行,那么两行代码应该都成功或者都失败,绝不可能是一个成功一个失败。当某君问我的时候,我也觉得其说的在理。但是能明显的感觉到正确的写法,应该是先记录最大和最小元素的下标然后在进行交换,即正确代码应该是形如下面的代码:

seq = [1, 2, -1, 0]
minElement = seq.index(min(seq))
maxElement = seq.index(max(seq))
seq[0], seq[maxElement] = seq[maxElement], seq[0]
seq[len(seq) - 1], seq[minElement] = seq[minElement], seq[len(seq) - 1]
print(seq)

上面的代码能够输出预期结果[2, 1, 0, -1]

踏破铁鞋无觅处

对于上面的代码我们需要搞清楚各个语句的执行顺序,对于等号与逗号表达式,其各自的执行顺序如下:

  • 对于赋值运算符而言:从右到左依次执行,有多个等号的时候,从最右边的等号开始执行。
  • 逗号表达式:从左到右依次执行

我们需要考虑上面的代码做了什么,上面的代码实际上有三步:

  1. 获取赋值运算符右边的值,将结果打包成一个元组;
  2. 将元组的值依次赋值给左边的变量。

问题的关键就在于依次两字,如果是一次性赋值给左边的话,那么一开始就会对左边的变量计算出来,以交换最大值为例,如果是一次性赋值,那么上面会变成:seq[0], seq[1] = seq[1], seq[0],即能够进行正常的交换。而如果是依次那么问题就出现了:

  1. 计算出赋值运算符右边并包装成元组,即(seq[1], seq[0])也就是(2, 1)
  2. 依次进行赋值,首先是seq[0] = 2,完成该赋值后seq = [2, 2, -1, 0]
  3. 接下来执行seq[s.index(max(seq))] = 1,由于seq已经发生变化此时s.index(max(seq))会返回第一个等于2的元素下标即0,即执行seq[0] = 1,完成赋值后seq = [1, 2, -1, 0]

可以发现上面的代码实际上确实发生了两次赋值,但是都是对同一位置的元素进行赋值,导致最终的结果不变。

接下来我们分析为什么能够成功交换最小值和最后一个元素:

  1. 首先计算出赋值运算符右边并包装成元组,即(seq[2], seq[3])也就是(-1, 0)
  2. 第一次赋值操作seq[3] = -1,完成赋值后seq = [1, 2, -1, -1]
  3. 第二次赋值操作seq[s.index(min(seq))] = 0,由于s.index()返回的是第一个找到的元素,所以其返回值为2,即执行seq[2] = 0,完成赋值后seq = [1, 2, 0, -1]

如果你成功理解了上面的过程可以试着分析如下的代码:

# 1
seq = [1, 2, -1, 0]
seq[seq.index(max(seq))], seq[0] = seq[0], seq[seq.index(max(seq))]
print(seq)

# 2
seq = [1, 2, -1, 0]
seq[seq.index(min(seq))], seq[len(seq) - 1] = seq[len(seq) - 1], seq[seq.index(min(seq))]
print(seq)

上面代码的输出:

[2, 1, -1, 0]
[1, 2, 0, -1]

如果你经过分析,那么不难发现上面的代码是符合逻辑的,能够成功进行交换,因为其保证在序列变化前就获得了元素的下标。不过并不推荐使用上面的写法,更推荐使用变量存储下标值,以防止出现之前的“错误”。

良好的编程习惯

发生上面的错误时在变化中引入变化。即在上面的过程中同时引入了两个变化的过程,另外的一个常见错误是:在遍历一个容器的同时,向容器中增加元素,以C++为例,初学者同样容易发生如下的错误:

vector<int> v{0, 1, 2, 3};
for (int i = 0; i < v.size(); i++) { v.push_back(i); }

上面代码的本意是希望在v后面再追加v中的元素,但是由于每一次push_back都会导致v.size()增加,因此上面的代码会发生死循环,正确的代码如下:

vector<int> v{0, 1, 2, 3};
int n = (int)v.size();
for (int i = 0; i < n; i++) { v.push_back(i); }

在编写代码的时候不应该在变化中引入变化,这样的代码不仅不容易阅读,而且容易出现bug

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