【Python基础】3. 数据类型之列表及其操作

## 数据类型之列表及其操作

[TOC]

### 1. 什么是列表

**列表** 由一系列按特定顺序排列的元素组成。可以将任何东西加入列表中，其中的元素之间可以没有任何关系。鉴于列表通常包含多个元素，所以列表的命名通常采用复数的名称（如names ）。

在Python语言中，列表用 **`方括号`**  **[ ]** 来表示，并用逗号来分隔其中的元素。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
print(fruits)
```

示例输出：

```python
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
```

如果直接将一个列表输出，则打印信息包括方括号等内部表示信息。

### 2. 列表的常用操作

#### 2.1 列表访问

**列表是有序集合**，因此要访问列表的任何元素，只需将该元素的位置或索引告诉Python即可。要访问列表元素，可指出列表的名称，再指出元素的索引，并将其放在方括号内。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
print(fruits[0])
```

示例输出：

```
banana
```

在Python中，**第一个列表元素的索引为0，而不是1**。

在Python中，**可通过将索引指定为-1 ，可让Python返回最后一个列表元素**。但是当列表为空时，该方法出错。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
print(fruits[-1])
```

示例输出：

```
fig
```

#### 2.2 列表增加

列表的增加主要有两种操作，一种是在末尾追加，另一种是在中间任意位置插入，分别用到两个方法，如下：

+ append(object) ：将值object添加到列表的末尾
+ insert(index, object) ：将值object插入到列表的index位置（从0开始）

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
print(fruits)

fruits.append('peach')
print(fruits)

fruits.insert(0, 'lemon')
print(fruits)
```

示例输出：

```
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'peach']
['lemon', 'banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'peach']
```

#### 2.3 列表修改

修改列表元素的语法与访问列表元素的语法类似。要修改列表元素，可指定列表名和要修改的元素的索引，再指定该元素的新值。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
print(fruits)

fruits[0] = 'lemon'
print(fruits)
```

示例输出：

```
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
['lemon', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
```

#### 2.4 列表删除

在Python中，可以根据位置或值来删除列表中的元素。主要方法如下：

+ del语句：如果知道要删除的元素在列表中的位置，可以使用del语句进行删除；
+ pop() 方法：把列表看做一个栈，末尾的元素为栈顶，则pop() 方法实现将末尾的元素弹出（删除）；也可使用pop(index) 方法，将任意位置的元素弹出（删除）
+ remove(object) 方法：如果知道要删除元素的具体值，可以使用该方法进行删除。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
print(fruits)

# 第一种删除方法
del fruits[0]
print(fruits)

# 第二种删除方法
fruit = fruits.pop()
print(fruits)
print(fruit)
fruits.pop(0)
print(fruits)

# 第三种删除方法
fruits.remove('pear')
print(fruits)
```

示例输出：

```
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
['apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
['apple', 'cherry', 'pear', 'fig']
lemon
['cherry', 'pear', 'fig']
['cherry', 'fig']
```

#### 2.5 列表组织与排序

可以对列表进行**永久排序**和**临时排序**，主要方法如下：

+ sort() ：对列表进行永久性排序。如果赋值(reverse=True)，可以实现倒序排序。
+ sorted() ：列表进行临时排序。如果赋值(reverse=True)，可以实现倒序排序。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
print('原始列表：' + str(fruits))

print('临时排序：' + str(sorted(fruits)))
print('原始列表：' + str(fruits))

fruits.sort()
print('正序排序：' + str(fruits))

fruits.sort(reverse=True)
print('倒序排序：' + str(fruits))
```

示例输出：

```
原始列表：['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
临时排序：['apple', 'banana', 'cherry', 'fig', 'lemon', 'pear']
原始列表：['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
正序排序：['apple', 'banana', 'cherry', 'fig', 'lemon', 'pear']
倒序排序：['pear', 'lemon', 'fig', 'cherry', 'banana', 'apple']
```

当然还有部分其他的方法，如：

+ reverse() ：翻转列表元素
+ len() ：获取列表长度

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
print('原始列表：' + str(fruits))

fruits.reverse()
print('翻转列表：' + str(fruits))

print('列表长度：' + str(len(fruits)))
```

示例输出：

```
原始列表：['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
翻转列表：['lemon', 'fig', 'pear', 'cherry', 'apple', 'banana']
列表长度：6
```

#### 2.6 列表切片

所谓列表切片，即截取列表中的部分元素组成一个新的列表。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
print('原始列表：' + str(fruits))

print('截取第2-4个元素：' + str(fruits[1:4]))

print('截取前3个元素：' + str(fruits[:3]))

print('截取第3个开始的剩余元素：' + str(fruits[2:]))

print('截取最后2个元素：' + str(fruits[-2:]))
```

示例输出：

```
原始列表：['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
截取第2-4个元素：['apple', 'cherry', 'pear']
截取前3个元素：['banana', 'apple', 'cherry']
截取第3个开始的剩余元素：['cherry', 'pear', 'fig', 'lemon']
截取最后2个元素：['fig', 'lemon']
```

> 这里注意，起始位置需要减一。

#### 2.7 遍历列表

如果需要将列表中的每一个元素单独打印出来，或者每个元素都进行相同的处理，则需要对整个列表进行遍历。可以采用for循环来实现列表的遍历。

实例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
for fruit in fruits:
    print(fruit)
```

示例输出：

```
banana
apple
cherry
pear
lemon
```

> 注意：关于for循环，要注意不要遗漏末尾的冒号（:）,同时冒号后的缩进要保持一致，以保证对应的代码在for循环内。

我们再看一个示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
for fruit in fruits:
    print(fruit)
print(fruits)
```

这个示例的输出结果是这样的：

```
banana
apple
cherry
pear
lemon
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
```

如果把这个示例改成这样：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
for fruit in fruits:
    print(fruit)
    print(fruits)
```

没错，输出是这样的：

```
banana
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
apple
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
cherry
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
pear
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
lemon
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
```

再改一下，改成这样：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
for fruit in fruits:
    print(fruit)
  print(fruits)
```

会是什么结果呢？没错，编译器会报错的。

所以在for循环内，需要避免不必要的缩进。

对于前面的切片列表，也同样适用于遍历。如以下示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
for fruit in fruits[1:4]:
    print(fruit)
```

示例输出：

```
apple
cherry
pear
```

#### 2.8 复制列表

列表的复制，可以采用切片来实现。

示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
fruits2 = fruits[:]

print(fruits)
print(fruits2)
```

示例输出：

```
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
```

请看下面这个示例：

```python
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
fruits_2 = fruits

print(fruits)
print(fruits_2)

fruits.append('peach')
print(fruits)

fruits_2.append('watermelon')
print(fruits_2)
```

猜一下这个运行结果会怎样？是下面这样吗？

```
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon']
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon', 'peach']
['banana', 'apple', 'cherry', 'pear', 'lemon', 'watermelon']
```

那么恭喜你，答错了。

实际运行结果是这样的：

这是为什么呢？

> 这里将fruits 赋给fruits_2 ，而不是将fruits 的副本存储到fruits_2。这种语法实际上是让Python将新变量fruits_2 关联到包含在fruits 中的列表，因此这两个变量都指向同一个列表。

### 3. 数值列表

**列表非常适合来存储数字集合**。而Python提供了很多工具，可帮助你高效地处理数字列表。

Python也提供了一个函数：**`range() `**来帮助你快速生成一系列数字，然后使用 **`list()`** 函数将生成的一系列数字转换成列表。

关于 `range()`  的使用，主要有2种。

1. range(start , end)：这种定义，默认步长为1，即从start开始，到end-1为止，生成一系列数字。
2. range(start , end , step)：步长为step，从start开始，步长加step，直到最终结果达到或超过end为止。

示例：

```python
numbers = list(range(3, 9))
print(numbers)

numbers_2 = list(range(2, 14, 3))
print(numbers_2)
```

示例输出：

```
[3, 4, 5, 6, 7, 8]
[2, 5, 8, 11]
```

#### 3.1 数字列表的简单统计

主要有：

+ 求最大值max()
+ 求最小值min()
+ 求和sum()

示例：

```python
numbers = list(range(3, 9))
print(numbers)
print(min(numbers))
print(max(numbers))
print(sum(numbers))
```

示例输出：

```
[3, 4, 5, 6, 7, 8]
3
8
33
```

#### 3.2 数值列表的应用

如：如何创建一个列表，其中包含前10个整数（即1~10）的平方呢？

示例：

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

print(squares)
```

可以简单一点：

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

print(squares)
```

也可以再简单一点：

```python
squares = [value ** 2 for value in range(1, 11)]
print(squares)
```

> 这种语法称为**列表解析**。
>
> 要使用这种语法，首先指定一个描述性的列表名，如squares ；然后，指定一个左方括号，并定义一个表达式，用于生成你要存储到列表中的值。在这个示例中，表达式为value**2 ，它计算平方值。接下来，编写一个for 循环，用于给表达式提供值，再加上右方括号。在这个示例中，for 循环为for value in range(1,11) ，它将值1~10提供给表达式value**2 。请注意，这里的for 语句末尾没有冒号。

以上三段示例的结果均为：

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

### 4. 元组

何为元组？在Python中，将不能修改的值称为**不可变的** ，而不可变的列表被称为**元组** 。

元组看起来犹如列表，但使用圆括号而不是方括号来标识。定义元组后，就可以使用索引来访问其元素，就像访问列表元素一样。

#### 4.1 元组的定义

下面这个示例是如何定义，并输出指定位置的元素示例：

```python
months = (1, 3, 5, 7, 8, 10, 12)
print(months)
print(months[3])
```

示例输出：

```
(1, 3, 5, 7, 8, 10, 12)
7
```

#### 4.2 元组的遍历

示例：