Python 列表

Python 列表

序列（Sequence）是 Python 中基本的有序集合。序列中的每个元素都有一个指定的索引，索引从 0 开始。

Python 内置的序列类型包括字符串（strings）、元组（tuples）和列表（lists）。本章重点介绍 列表，它是 Python 中最通用、最常用的数据结构之一。

什么是列表？

列表是元素的有序、可变（changeable）序列。列表通过将逗号分隔的元素放在方括号 [] 内来定义。列表中的元素可以是不同的数据类型。

创建列表：

# 空列表
empty_list = []

# 整数列表
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 字符串列表
names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]

# 包含混合数据类型的列表
mixed_list = ['physics', 'chemistry', 1997, 2000]

# 嵌套列表（包含其他列表的列表）
nested_list = [1, 2, ['a', 'b'], 3]

print(empty_list)
print(numbers)
print(names)
print(mixed_list)
print(nested_list)

您还可以使用 list() 构造函数创建列表，这通常用于将其他可迭代对象（如元组或字符串）转换为列表。

tuple_example = (1, 2, 3)
list_from_tuple = list(tuple_example)
print(list_from_tuple) # 输出: [1, 2, 3]

string_example = "hello"
list_from_string = list(string_example)
print(list_from_string) # 输出: ['h', 'e', 'l', 'l', 'o']

访问列表中的值

使用方括号 [] 中的索引访问元素。索引从 0 开始。负数索引从末尾开始计数（-1 是最后一个元素）。切片 [start:stop:step] 的工作原理与字符串相同。

#!/usr/bin/env python3

my_list = ['physics', 'chemistry', 1997, 2000, 'math']
numbers = [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70]

# 索引
print(f"my_list[0]: {my_list[0]}")     # 输出: physics
print(f"my_list[-1]: {my_list[-1]}")   # 输出: math

# 切片 [start:stop]
print(f"numbers[1:5]: {numbers[1:5]}") # 输出: [20, 30, 40, 50]
print(f"numbers[:3]: {numbers[:3]}")   # 输出: [10, 20, 30]
print(f"numbers[4:]: {numbers[4:]}")   # 输出: [50, 60, 70]

# 带步长的切片
print(f"numbers[::2]: {numbers[::2]}") # 输出: [10, 30, 50, 70]

更新列表（可变性）

由于列表是可变的，您可以更改其内容。您可以通过赋值新值来更新单个元素或切片。

#!/usr/bin/env python3

my_list = ['physics', 'chemistry', 1997, 2000]
print(f"Original list: {my_list}")

# 更新单个元素
print(f"Value at index 2: {my_list[2]}")
my_list[2] = 2001
print(f"New value at index 2: {my_list[2]}")
print(f"List after update: {my_list}")

# 更新一个切片
my_list[1:3] = ['biology', 2023] # 替换索引 1 和 2 处的元素
print(f"List after slice update: {my_list}")

# 使用切片插入元素（不移除）
my_list[1:1] = ['math', 'stats'] # 在索引 1 处插入
print(f"List after slice insertion: {my_list}")

输出：

Original list: ['physics', 'chemistry', 1997, 2000]
Value at index 2: 1997
New value at index 2: 2001
List after update: ['physics', 'chemistry', 2001, 2000]
List after slice update: ['physics', 'biology', 2023, 2000]
List after slice insertion: ['physics', 'math', 'stats', 'biology', 2023, 2000]

向列表中添加元素

• append(item)：将单个 item 添加到列表末尾。
• extend(iterable)：将来自 iterable（如另一个列表、元组或字符串）的所有元素添加到列表末尾。
• insert(index, item)：在指定的 index 处插入一个 item。

示例：

numbers = [1, 2, 3]
print(f"Initial list: {numbers}")

numbers.append(4)
print(f"After append(4): {numbers}")

numbers.extend([5, 6])
print(f"After extend([5, 6]): {numbers}")

numbers.insert(0, 0) # 在开头插入 0（索引 0）
print(f"After insert(0, 0): {numbers}")

输出：

Initial list: [1, 2, 3]
After append(4): [1, 2, 3, 4]
After extend([5, 6]): [1, 2, 3, 4, 5, 6]
After insert(0, 0): [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]

删除列表元素

几种移除元素的方式：

• del list_name[index]：移除指定 index 处的元素。
• del list_name[start:stop]：移除切片。
• pop([index])：移除并返回指定 index 处的元素（默认为最后一个元素，-1）。
• remove(value)：移除指定 value 的第一个匹配项。如果未找到该值，则引发 ValueError。

示例：

#!/usr/bin/env python3

my_list = ['physics', 'chemistry', 1997, 2000, 'math', 1997]
print(f"Original list: {my_list}")

# 使用 del 按索引删除
del my_list[2] # 移除索引 2 处的元素 (1997)
print(f"After del my_list[2]: {my_list}")

# 使用 pop（默认移除并返回最后一个元素）
last_item = my_list.pop()
print(f"Popped item: {last_item}")
print(f"List after pop(): {my_list}")

# 使用 pop 带索引
item_at_1 = my_list.pop(1) # 移除索引 1 处的元素 ('chemistry')
print(f"Popped item at index 1: {item_at_1}")
print(f"List after pop(1): {my_list}")

# 使用 remove 按值删除
my_list.remove(2000)
print(f"List after remove(2000): {my_list}")

# 移除第一个匹配的 1997（如果仍然存在）
if 1997 in my_list:
   my_list.remove(1997)
   print(f"List after remove(1997): {my_list}")
else:
     print("1997 not found for removal.")

输出：

Original list: ['physics', 'chemistry', 1997, 2000, 'math', 1997]
After del my_list[2]: ['physics', 'chemistry', 2000, 'math', 1997]
Popped item: 1997
List after pop(): ['physics', 'chemistry', 2000, 'math']
Popped item at index 1: chemistry
List after pop(1): ['physics', 2000, 'math']
List after remove(2000): ['physics', 'math']
1997 not found for removal.

基本列表操作

列表支持常见的序列操作：

Python 表达式	结果	描述
len([1, 2, 3])	3	长度：元素数量
[1, 2, 3] + [4, 5, 6]	[1, 2, 3, 4, 5, 6]	连接：创建一个新列表
['Hi!'] * 4	[‘Hi!’, ‘Hi!’, ‘Hi!’, ‘Hi!’]	重复：创建一个包含重复元素的新列表
3 in [1, 2, 3]	True	成员关系：检查元素是否存在
for x in [1, 2, 3]: print(x)	1\n2\n3	迭代：遍历元素

内建列表函数与方法

Python 包含专用于列表的函数和方法：

内建列表函数：

函数	描述
len(list)	返回列表中元素的数量。
max(list)	返回具有最大值的元素（元素必须可比较）。
min(list)	返回具有最小值的元素（元素必须可比较）。
sum(list)	返回元素的总和（元素必须是数字）。
list(iterable)	将可迭代对象（元组、字符串、集合等）转换为列表。
sorted(list)	返回一个新的排序列表（原始列表不变）。
any(list)	如果列表中至少一个元素为 True（或评估为 True），则返回 True。
all(list)	如果列表中所有元素都为 True（或评估为 True），则返回 True。

列表方法（除非另有说明，否则会原地修改列表）：

方法	描述
list.append(obj)	将 obj 添加到列表末尾。
list.extend(iterable)	将来自 iterable 的元素追加到列表末尾。
list.insert(index, obj)	在 index 处插入 obj。
list.remove(value)	移除 value 的第一个匹配项。如果未找到，则引发 ValueError。
list.pop([index])	移除并返回 index 处的元素（默认：最后一个）。如果列表为空或索引超出范围，则引发 IndexError。
list.clear()	移除列表中的所有元素。
list.index(value[, start[, end]])	返回 value 的第一个匹配项的索引。如果未找到，则引发 ValueError。
list.count(value)	返回 value 在列表中出现的次数。
list.sort(key=None, reverse=False)	原地排序列表中的元素。key 指定用于提取比较键的函数，reverse=True 用于降序排序。
list.reverse()	原地反转列表中的元素。
list.copy()	返回列表的浅拷贝。

sort() 与 sorted() 的示例：

numbers = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]

# sorted() 返回一个新列表
new_sorted_list = sorted(numbers)
print(f"Original list: {numbers}")
print(f"New sorted list: {new_sorted_list}")

# sort() 原地修改列表
numbers.sort(reverse=True) # 降序排序
print(f"Original list after sort(reverse=True): {numbers}")

输出：

Original list: [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]
New sorted list: [1, 1, 2, 3, 4, 5, 9]
Original list after sort(reverse=True): [9, 5, 4, 3, 2, 1, 1]

列表推导式（简洁的列表创建方式）

一种强大而简洁的方式，用于基于现有可迭代对象创建列表。

语法：[expression for item in iterable if condition]

# 创建一个包含 0 到 9 的平方的列表
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(f"Squares: {squares}") # 输出: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 创建一个包含 0 到 19 之间的偶数的列表
even_numbers = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]
print(f"Even numbers: {even_numbers}") # 输出: [0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

# 将字符串列表转换为大写
words = ['hello', 'world', 'python']
upper_words = [word.upper() for word in words]
print(f"Uppercase words: {upper_words}") # 输出: ['HELLO', 'WORLD', 'PYTHON']