Python 序列之列表

前言

列表、字典、字符串这些数据类型可谓是天天见，不止在学习的过程中，你有没有发现它们操作上的相似性？其实，它们还有一个共同的名字——序列。

一、序列是什么？

序列并不是某种新的、特殊的数据类型，而是一系列数据类型的统称。字符串、列表、元组、字典、集合都是序列大家族种的成员，它们的操作具有相似性，且在内存中，它们都是一块用来存放多个值的连续的内存空间，故放在了一起，统称“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，它们都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]，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：

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。

二、列表

1.列表简介

1. 列表：用于存储任意数目、任意类型的数据集合。
2. 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。
3. 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]
4. Python的列表大小可变，根据需要随时增加或缩小。

列表对象的常用方法汇总如下，方便大家学习和查阅。

方法	操作类型	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)	求列表长度	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

2.列表创建

（1）[]创建

a = [10, 20, 'yyy', 'good', True]
b = []  # 创建一个空列表
print(a)  # 输出：[10, 20, 'yyy', 'good', True]
print(b)  # 输出：[]

（2）list创建

使用list()可以将任何可选代的数据转化成列表。

a = list()  # 创建一个空列表
b = list(range(10))
c = list('yyydaydayup')  # 可以把字符串中的每个字符转换为列表元素

print(a)  # 输出：[]
print(b)  # 输出：[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(c)  # 输出：['y', 'y', 'y', 'd', 'a', 'y', 'd', 'a', 'y', 'u', 'p']

上面列表b使用了range()函数，它是Python经常会用到的用来创建整数列表的函数。

（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。
step参数：可选，表示步长，默认为1

注意：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。

a = list(range(0, 10))
b = list(range(0, 10, 1))
c = list(range(2, 10, 2))
d = list(range(2, -10, -2))

print(a)  # 输出：[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(b)  # 输出：[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(c)  # 输出：[2, 4, 6, 8]
print(d)  # 输出：[2, 0, -2, -4, -6, -8]

（4）推导式生成列表

上面的range()只能生成特定条件的整数列表，如果我想生成满足更复杂条件的列表呢？当学习了for循环和if语句后，我们可以写一个代码块来完成该任务，这也是其他语言中的实现方案。但在Python中，我们有一种更为优雅的方式——推导式。

# 生成一个列表，里面装有0~5的2.5倍
a = [x * 2.5 for x in range(5)]
# 生成一个列表，里面装有0~100内所有能被9整除的数的2倍
b = [x * 2 for x in range(100) if x % 9 == 0]

print(a)  # 输出：[0.0, 2.5, 5.0, 7.5, 10.0]
print(b)  # 输出：[0, 18, 36, 54, 72, 90, 108, 126, 144, 162, 180, 198]

3.增加元素

方法	是否生成新列表	描述
list.append()	否	将元素x增加到列表list尾部
list.extend(aList)	否	将列表alist所有元素加到列表list尾部
list.insert(index,x)	否	在列表list指定位置index处插入元素x
aList+bList	是	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
aList*3	是	生成一个新列表，新列表元素是原列表元素的多次重复

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。因此除非必要，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。

（1）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, 30]
a.append(40)
print(a)  # 输出：[20, 30, 40]

（2）+拼接

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]
print(id(a))  # 输出：2601031170048
a = a + [50, 60]
print(id(a))  # 输出：2601859293120

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。

（3）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]
print(id(a))  # 输出： 2934488037376
b = [50, 60]
a.extend(b)
print(id(a))  # 输出： 2934488037376
a = a + b
print(id(a))  # 输出： 2935316488128

（4）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 = [1, 2, 3]
a.insert(2, 999)
print(a)  # 输出：[1, 2, 999, 3]

（5）乘法扩展

使用乘法扩展列表，生成一个新列表，新列表元素是原列表元素的多次重复。

a = ['yyy', 123, True]
b = a * 3
print(a)  # 输出：['yyy', 123, True]
print(b)  # 输出：['yyy', 123, True, 'yyy', 123, True, 'yyy', 123, True]
print(id(a))  # 输出：2650058717184
print(id(b))  # 输出：2650887230528

4.删除元素

（1）del方法

a = [1, 2, 999, 3, 4]
del a[2]
print(a)  # 输出：[1, 2, 3, 4]

（2）list.pop()方法

list.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]
b1 = a.pop()  # 结果：b1=50
print(a, b1)  # 输出：[10，20，30，40］50
b2 = a.pop(1)
print(a, b2)  # 输出：[10，30，40],20

（3）list.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)  # 结果：[10，30，40，50，20，30，20，30]
a.remove(100)  # 报错：ValueError:list.remove(x):x not inlist

5.访问&计数

（1）通过索引直接访问

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IndexError异常。

a = [1, 2, 3, 'yyy', 4, 5]
print(a[3])  # 输出：yyy
print(a[30])  # 报错：IndexError: list index out of range

（2）list.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l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)  # 结果：1
a.index(20, 3)  # 结果：5  从索引位置3开始往后搜索的第一个20
a.index(30, 5, 7)  # 结果：6从索引位置5到7这个区间，第一次出现30元素的位置
a.index(10000)  # 报错：ValueError: 10000 is not in list

（3）list.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]
print(a.count(20))  # 输出：3
print(a.count(100000))  # 输出：0

（4）len()返回列表长度

len()是单词length的缩写，用来求序列的长度，即序列中包含元素的个数。

a = [1, 2, 3]
print(len(a))  # 输出：3

（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]
print(20 in a)  # 输出：True
print(100 not in a)  # 输出：True
print(30 not in a)  # 输出：False

6.切片操作

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slice操作可以让我们快速提取子列表或修改。标准格式为：[起始偏移量start:终止偏移量end[:步长step]]
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	[10,20,30,40,0,60,70][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：

a = [10, 20, 30, 40]
print(a[1:30])  # 输出：[20, 30, 40]

我们发现正常输出了结果，没有报错。

7.列表的遍历、复制

（1）列表遍历

a = [10, 20, 30]
for i in a:  # i是临时变量名称，随便起的
    print(i)

（2）复制列表所有元素到新列表对象

list1 = [10, 20, 30]
list2 = list1

上述代码实现列表元素的复制了吗？我们再加一行：

list1 = [10, 20, 30]
list2 = list1
print(id(list1) == id(list2))  # 输出：True

由此看来，第2行代码只是将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 = [10, 20, 30]
list2 = [] + list1
print(id(list1) == id(list2))  # 输出：False

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想要的复制操作。

8.列表的排序

（1）修改原列表

（2）不修改原列表

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。

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。

（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选代器对象。

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(c)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。

9.统计操作

a = [1, 2, 3]
print(max(a))  # 输出：3
print(min(a))  # 输出：1
print(sum(a))  # 输出：6

三、多维列表

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'],
    ['高小三', 20, 10000, '深圳'],
]
print(a[1][0], a[1][1], a[1][2])  # 输出：高小二 19 20000

内存结构图：

a = [
    ['高小一', 18, 30000, '北京'],
    ['高小二', 19, 20000, '上海'],
    ['高小三', 20, 10000, '深圳'],
]
# for循环遍历二维列表
for i in range(3):
    for j in range(4):
        print(a[i][j], end='\t')
    print()

打印结果如下：