python 中的序列

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-03-27 11:00 112阅读 0赞

# python 中的序列 #

## 序列概述 ##

Python 内置了多种序列，比如列表、元组和字符串。

列表和元组的主要不同在于：列表是可以修改的，而元组不可以。

在需要处理一系列值时，序列很有用。在数据库中，你可能使用序列来表示人，其中第一个元素为姓名，第二个元素为年龄。如果使用列表来表示，将类似于下面这样：

>>> edward = ['Edward Gumby', 42]

要点是：所有元素都放在方括号内，并用逗号隔开。

有的人喜欢把列表看成是 C 语言中的数组。它们确实有相似性，但请你注意：C 语言中的数组都是相同类型的元素，而 Python 的列表可以是不同类型的元素。

序列内还可以包含其他序列，比如：

>>> edward = ['Edward Gumby', 42] 
    >>> john = ['John Smith', 50] 
    >>> database = [edward, john] 
    >>> database 
    [['Edward Gumby', 42], ['John Smith', 50]]

> **注意**
> 
> Python支持一种数据结构的基本概念，叫做“容器”（container）。容器基本上就是可包含其他对象的对象。两种主要的容器是序列（如列表和元组）和映射（如字典）。在序列中，每个元素都有编号，而在映射中，每个元素都有键。有一种既不是序列也不是映射的容器，它就是集合（set）。

## 通用的序列操作 ##

有几种操作适用于所有序列，这些操作是索引、切片、相加、相乘、成员资格检查和迭代等。另外，Python 还提供了一些内置函数，可用于确定序列的长度以及找出序列中最大和最小的元素。

### 索引（indexing） ###

序列中的所有元素都有编号——从0开始递增。你可像下面这样使用编号来访问各个元素：

>>> greeting = 'Hello' 
    >>> greeting[0] 
    'H'

其实这和 C 语言中的字符串很像。

字符串就是由字符组成的序列。索引0指向第一个元素，这里为字母H。不同于其他一些语言，Python 没有专门用于表示字符的类型，因此一个字符就是只包含一个元素的字符串。

当你使用负数索引时，Python 将从右（即从最后一个元素）开始往左数，因此 -1 是最后一个元素的位置。

>>> greeting[-1] 
    'o'

对于字符串字面量（以及其他的序列字面量），可直接对其执行索引操作，无需先将其赋给变量。

>>> 'Hello'[1] 
    'e'

其实在 C 语言中也可以这样，比如：

#include <stdio.h>
    
    int main(void)
    { 
        printf("%c\r\n", "HelloWorld"[1]);
        return 0;
    }

以上这段代码的运行结果是：

如果函数调用返回一个序列，可直接对其执行索引操作。例如，如果你只想获取用户输入的年份的第4位，可这样做：

In [3]: fourth = input("Year : ")[3]
    Year : 1998
    
    In [4]: fourth
    Out[4]: '8'

以上操作是在 ipython 中演示的，ipython 是什么呢？

> IPython provides a rich architecture for interactive computing with:
> 
>  *  A powerful interactive shell.
>  *  A kernel for Jupyter.
>  *  Support for interactive data visualization and use of GUI toolkits.
>  *  Flexible, embeddable interpreters to load into your own projects.
>  *  Easy to use, high performance tools for parallel computing.
> 
>  —— 摘自 [https://ipython.org/][https_ipython.org]

### 切片（slicing） ###

除了使用索引来访问单个元素外，还可使用切片（slicing）来访问特定范围内的元素。为此，可使用两个索引，并用冒号分隔，比如

In [5]: nums=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
    
    In [6]: nums[3:6]
    Out[6]: [4, 5, 6]
    
    In [7]: nums[0:1]
    Out[7]: [1]

注意：第一个索引是包含的第一个元素的编号，但第二个索引是切片后余下的第一个元素的编号。

简而言之，你提供两个索引来指定切片的边界，其中第一个索引指定的元素包含在切片内，但第二个索引指定的元素不包含在切片内。

#### 利用简写 ####

假设你要访问前述列表 nums 中的最后三个元素，可以这样写：

>>> nums[7:10] 
    [8, 9, 10]

在这里，索引10指的是第11个元素，虽然它并不存在，但确实是到达最后一个元素后再前进一步的位置。

切片中也可使用负数索引。

>>> nums[-3:-1] 
    [8, 9]

然而，这样好像无法包含最后一个元素。如果使用索引0，即到达列表末尾后再前进一步所处的位置，结果将如何呢？

在 ipython 中的结果如下：

In [5]: nums[-3:0]
    Out[5]: []

结果并不是你想要的。事实上，执行切片操作时，如果第一个索引指定的元素位于第二个索引指定的元素后面（在这里，倒数第3个元素位于第1个元素后面），结果就为空序列。

还好，我们可以使用一种简写：如果切片结束于序列末尾，可省略第二个索引。

In [6]: nums[-3:]
    Out[6]: [8, 9, 10]

同理，如果切片始于序列开头，可省略第一个索引。

In [7]: nums[:3]
    Out[7]: [1, 2, 3]

要复制整个序列，可将两个索引都省略，在方括号内只留一个冒号。

In [8]: nums[:]
    Out[8]: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

#### 步长 ####

执行切片操作时，你显式或隐式地指定起点和终点，但通常省略了另一个参数，即步长。默认步长为1。这意味着从一个元素移到下一个元素，因此切片包含起点和终点之间的所有元素。

In [9]: nums[0:10:1]
    Out[9]: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

如果指定的步长大于1，将跳过一些元素。例如，步长为2时，将从起点和终点之间每隔一个元素提取一个元素。

In [10]: nums[0:10:2]
    Out[10]: [1, 3, 5, 7, 9]
        
    In [11]: nums[0:10:3]
    Out[11]: [1, 4, 7, 10]

显式地指定步长时，也可使用前述简写。例如，要从序列中每隔3个元素提取1个，只需提供步长4即可。

In [12]: nums[::4]
    Out[12]: [1, 5, 9]

当然，步长不能为0，否则无法向前移动。

In [14]: nums[1:7:0]
    ---------------------------------------------------------------------------
    ValueError                                Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-14-7219eb36c975> in <module>()
    ----> 1 nums[1:7:0]
    
    ValueError: slice step cannot be zero

步长可以为负数，即**从右向左**提取元素。

In [15]: nums[::-1]
    Out[15]: [10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

In [16]: nums[10:0:-2]
    Out[16]: [10, 8, 6, 4, 2]

上面的结果，有人会疑惑。他这样想：从10开始，也就是第11个元素，即最后一个元素的后面，然后向左走2步，应该是9，7，5，3，1 才对。

开始我也挺疑惑的，后来才明白，因为没有10，最多是9，所以这里的10就相当于9。

In [19]: nums[9:0:-2]
    Out[19]: [10, 8, 6, 4, 2]

In [20]: nums[0:10:-2]
    Out[20]: []

上面这个结果又是为什么呢？

步长为负数时，第一个索引必须比第二个索引大。步长为正表示从左向右走，为负表示从右向左走。想象有一个数轴，从0向左走，是走不到10的，所以结果为空。

In [22]: nums[::-2]
    Out[22]: [10, 8, 6, 4, 2]

当省略起始和结束索引时，Python 竟然执行了正确的操作：步长为正数时，它从起点移到终点，而步长为负数时，它从终点移到起点。

In [23]: nums
    Out[23]: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
    
    In [24]: nums[:5:-2]
    Out[24]: [10, 8]
    
    In [25]: nums[5::-2]
    Out[25]: [6, 4, 2]

请看第4行，省略的索引，到底是左边的起点还是右边的终点呢？因为步长是负数，所以一定是从右往左走，所以省略的是右边的10；

第7行，因为步长为负数，所以应该从右向左，所以省略的索引是0；

In [26]: nums[10:5:-2]
    Out[26]: [10, 8]
    
    In [27]: nums[5:0:-2]
    Out[27]: [6, 4, 2]

可以看到，和之前的结果是一样的。

### 序列相加 ###

可使用加法运算符来拼接序列。

In [28]: [1,2,3]+[4,5,6,7]
    Out[28]: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
    
    In [29]: "hello"+" "+"world"
    Out[29]: 'hello world'

一般而言，不能拼接不同类型的序列。

In [30]: [1,2,3]+"hello"
    ---------------------------------------------------------------------------
    TypeError                                 Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-30-9346ef22b4d4> in <module>()
    ----> 1 [1,2,3]+"hello"
    
    TypeError: can only concatenate list (not "str") to list

### 乘法 ###

将序列与数 N 相乘时，将重复这个序列 N 次来创建一个新序列：

In [31]: "H"*6
    Out[31]: 'HHHHHH'
    
    In [32]: 10*"Hello"
    Out[32]: 'HelloHelloHelloHelloHelloHelloHelloHelloHelloHello'
    
    In [34]: [32,1]*3
    Out[34]: [32, 1, 32, 1, 32, 1]

### None、空列表和初始化 ###

空列表是使用不包含任何内容的两个方括号表示的。

In [43]: list=[]
    
    In [44]: list
    Out[44]: []

如果要创建一个可包含10个元素的列表，但没有任何有用的内容，你可以使用`[0]*10`，这将创建一个包含10个零的列表。然而，在有些情况下，你可能想使用表示“什么都没有”的值，在这种情况下，可使用 `None`。在Python中，`None`表示什么都没有。因此，要将列表的长度初始化为10，可像下面这样做：

In [35]: seq=[None]*10
    
    In [36]: seq
    Out[36]: [None, None, None, None, None, None, None, None, None, None]

### 成员资格 ###

要检查特定的值是否包含在序列中，可使用运算符`in`。它检查是否满足指定的条件，并返回相应的值：满足时返回`True`，不满足时返回`False`。这样的运算符称为布尔运算符，而前述真值称为布尔值。

下面是一些例子。

In [48]: permission='rw'
    
    In [49]: 'w' in permission
    Out[49]: True
    
    In [50]: 'x' in permission
    Out[50]: False

记住 w 两侧要加引号。否则会报错。

In [51]: w in permission
    ---------------------------------------------------------------------------
    NameError                                 Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-51-7a03fc4c0ccc> in <module>()
    ----> 1 w in permission
    
    NameError: name 'w' is not defined

In [56]: option=['a','b','c']
    
    In [57]: input("a/b/c: ") in option
    a/b/c: b
    Out[57]: True
    
    In [58]: input("a/b/c: ") in option
    a/b/c: d
    Out[58]: False

In [59]: subject = '$$$ Get rich now!!! $$$' 
    
    In [60]: "$$" in subject
    Out[60]: True

如上所示，可使用运算符 in 来检查指定的字符串是否为另一个字符串的子串。

### 长度、最小值和最大值 ###

内置函数len、min和max很有用，其中函数len返回序列包含的元素个数，而min和max分别返回序列中最小和最大的元素。

In [67]: numbers =[100, 77, 12]
    
    In [68]: len(numbers)
    Out[68]: 3
    
    In [69]: max(numbers)
    Out[69]: 100
    
    In [70]: min(numbers)
    Out[70]: 12

In [71]: subject="Hello!"
    
    In [72]: len(subject)
    Out[72]: 6

In [64]: my_string = "abcdefg"
    
    In [65]: max(my_string)
    Out[65]: 'g'
    
    In [66]: min(my_string)
    Out[66]: 'a'

【End】

## 参考资料 ##

《Python基础教程（第三版）》，人民邮电出版社

[https_ipython.org]: https://ipython.org/