【4.1】数据容器：list列表

一、数据容器入门

为什么学习数据容器

  如果我想在程序中，记录5名学生的信息，如姓名。

  我可以定义5个name变量。但是这样不高级，而且效率低。

name1 = "stu01"
name2 = "stu02"
name3 = "stu03"
name4 = "stu04"
name5 = "stu05"

  也可以定义一个数据容器。一个变量即可完成，优雅且高效。

name_list = ["stu01", "stu02", "stu03", "stu04", "stu05"]
print(name_list)

  学习数据容器，就是为了批量存储、批量使用多份数据。

数据容器

  Python中的数据容器：

  一种可以容纳多份数据的数据类型，容纳的每一份数据称之为一个元素。

  每一个元素，可以是任意类型的数据，如字符串、数字、布尔等。

  数据容器根据特点的不同，如：

  1.是否支持重复元素；

  2.是否可以修改；

  3.是否有序，等等。

  分为5类，分别是：

  1.列表（list）；

  2.元组（tuple）；

  3.字符串（str）；

  4.集合（set）；

  5.字典（dict）。

二、数据容器：list 列表

（一）列表的定义

为什么需要列表

  一个人的姓名，可以使用一个字符串变量来存储。

  如果一个班级100位学生，每个人的姓名都要存储，应该如何写程序？声明100个变量吗？——不。使用列表就可以了，列表一次可以存储多个数据。

  列表（list）类型，是数据容器的一类。

列表的定义

  基本语法：

# 字面量
[元素1, 元素2, 元素3, 元素4, ...]# 定义变量
变量名称 = [元素1, 元素2, 元素3, 元素4, ...]# 定义空列表（两种方式）
变量名称 = []
变量名称 = list()

  列表内的每一个数据，称之为元素。注意：

  1.列表以[]作为标识；

  2.列表内的每一个元素之间用","隔开。

  示例：

# 使用[]的方式定义列表
name_list = ["zhangsan", "lisi", "wangwu"]
print(name_list)  # ['zhangsan', 'lisi', 'wangwu']
print(type(name_list))  # <class 'list'># 可以存储不同类型的元素
my_list = ["zhangsan", 666, True]
print(my_list)  # ['zhangsan', 666, True]
print(type(my_list))  # <class 'list'># 嵌套列表
my_list = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6] ]
print(my_list)  # [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
print(type(my_list))  # <class 'list'>

  注意：列表可以一次存储多个数据，且可以为不同的数据类型，列表支持嵌套（相当于列表中的元素还是个列表）。

（二）列表的下标索引

  如何从列表中取出特定位置的数据呢？

  我们可以使用：下标索引。

  如上图所示，列表中的每一个元素，都有其位置下标索引，从前向后的方向，从0开始，依次递增。

  我们只需要按照下标索引，即可取得对应位置的元素。

# 语法： 列表[下标索引]name_list = ["Tom", "Lily", "Rose"]
print(name_list[0])  # Tom
print(name_list[1])  # Lily
print(name_list[2])  # Rose# 错误示范：通过下标索引取数据，一定不要超出范围
print(name_list[3])

  或者，可以反向索引，也就是从后向前：从-1开始，依次递减（-1、-2、-3、…）。

# 语法： 列表[下标索引]name_list = ["Tom", "Lily", "Rose"]
print(name_list[-1])  # Rose
print(name_list[-2])  # Lily
print(name_list[-3])  # Tom

  如果列表是嵌套的列表，同样支持下标索引。

my_list = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6] ]print(my_list[1][1])  # 5

（三）列表的常用操作

  列表除了可以：

  1.定义；

  2.使用下标索引获取值。

  以外，列表也提供了一系列功能：

  1.插入元素；

  2.删除元素；

  3.清空列表；

  4.修改元素；

  5.统计元素个数。

  等等功能。这些功能我们都称之为：列表的方法。

方法的概念

  函数是一个封装的代码单元，可以提供特定功能。

  在Python中，如果将函数定义为类（class）的成员，那么该函数就称之为方法。（面向过程称为函数，面向对象称为方法）

# 函数
def add(x, y):return x + yclass Student:# 方法def add(self, x, y):return x + y

  方法和函数功能一样，有传入参数、有返回值，只是方法的使用格式不同。

# 函数的使用
num = add(1, 2)# 方法的使用
stu = Student()
num = stu.add(1, 2)

  使用方法，我们需要先获得方法所在的类对象，然后通过类对象.方法来使用。除此之外，方法与函数没有任何区别。

  那么，如果我们想使用列表中定义的相关方法，就需要获取列表对象，然后调用其中定义好的方法即可。

（1）列表的查询功能

• 查找某元素的下标。

  功能：查找指定元素在列表的下标，如果找不到，报错ValueError。

# 语法
列表.index(元素)

  示例：

mylist = ["zhangsan", "lisi", "wangwu"]# 查找某元素在列表内的下标索引
index = mylist.index("lisi")
print(f"lisi在列表中的下标索引值是：{index}")  # lisi在列表中的下标索引值是：1# 如果被查找的元素不存在，则报错
index = mylist.index("hello")
print(f"hello在列表中的下标索引值是：{index}")  # ValueError: 'hello' is not in list

• 统计某元素在列表中的数量

# 语法
列表.count(元素)

  示例：

mylist = [1, 1, 1, 2, 3]
print(mylist.count(1))  # 3

• 统计列表内总共有多少个元素（即列表长度）

# 语法
len(列表)

  可以得到一个int数字，表示列表内的元素数量。

  示例：

mylist = [1, 2, 3, 4, 5]
print(len(mylist))  # 5

（2）列表的修改功能

• 修改特定位置（索引）的元素值。

# 语法
列表[下标] = 值

  可使用如上语法，直接对指定下标（正向、反向下标均可）的值进行重新赋值（即修改）操作。

  示例：

# 正向下标
mylist = [1, 2, 3]
mylist[0] = 5
print(mylist)  # [5, 2, 3]# 反向下标
mylist = [1, 2, 3]
mylist[-3] = 5
print(mylist)  # [5, 2, 3]

• 插入元素。

# 语法
列表.insert(下标, 元素)

  在指定的下标位置，插入指定的元素。

  示例：

mylist = [1, 2, 3]
mylist.insert(1, "hello")
print(mylist)  # [1, 'hello', 2, 3]

• 追加元素

# 语法
列表.append(元素)# 语法2
列表.extend(其它数据容器)

  append方法，将指定元素（单个），追加到列表的尾部。

  extend方法，将其它数据容器的内容取出，依次追加到列表尾部。

  示例：

# 在列表尾部追加单个新元素
mylist = [1, 2, 3]
mylist.append(4)
print(mylist)  # [1, 2, 3, 4]# 在列表尾部追加多个新元素
mylist = [1, 2, 3]
mylist.append([4, 5, 6])
print(mylist)  # [1, 2, 3, [4, 5, 6]]mylist = [1, 2, 3]
mylist.extend([4, 5, 6])
print(mylist)  # [1, 2, 3, 4, 5, 6]

• 删除元素

# 语法1
del 列表[下标]# 语法2
列表.pop(下标)  # 有返回值，返回值为被删除的元素

  示例：

mylist = [1, 2, 3]# 方式1
del mylist[0]
print(mylist)  # [2, 3]# 方式2
mylist.pop(0)
print(mylist)  # [3]element = mylist.pop(0)
print(f"删除了{element}，删除后列表为：{mylist}")  # 删除了3，删除后列表为：[]

• 删除某元素在列表中的第一个匹配项

# 语法
列表.remove(元素)

  示例：

mylist = [1, 2, 3, 2, 3]
mylist.remove(2)
print(mylist)  # [1, 3, 2, 3]

• 清空列表内容

# 语法
列表.clear()

  示例：

mylist = [1, 2, 3]
mylist.clear()
print(mylist)  # []

（四）列表的特点

  列表有如下特点：

• 可以容纳多个元素（元素个数上限为$2^{63}-1$个）
• 可以容纳不同类型的元素
• 数据是有序存储的（有下标序号）
• 允许重复数据存在
• 可以修改（增加或删除元素等）

三、列表的循环遍历

（一）while循环

  既然数据容器可以存储多个元素，那么就会有从容器内依次取出元素进行操作的需求。

  将容器内的元素依次取出进行处理的行为，称之为：遍历、迭代。

  问题：

  1.如何遍历列表元素？答：可以使用之前学过的while循环。

  2.如何在循环过程中取出列表元素？答：通过列表[下标]的方式取出。

  3.循环条件如何控制？答：定义一个下标变量，从0开始，循环控制条件为下标变量 < 列表长度。

index = 0
while index < len(列表):元素 = 列表[index]对元素进行处理index += 1

  示例：

mylist = ["zhangsan", "lisi", "wangwu"]index = 0
while index < len(mylist):element = mylist[index]print(f"列表的元素：{element}")index += 1

（二）for循环

  对比while，for循环更加适合对列表等数据容器进行遍历。

# 语法
for 临时变量 in 数据容器:对临时变量进行处理

  表示从容器内，依次取出元素并赋值到临时变量上。

  在每一次的循环中，我们可以对临时变量（元素）进行处理。

  示例：

mylist = [1, 2, 3, 4, 5]for element in mylist:print(f"列表的元素有：{element}")

（三）while和for的对比

  1.在循环控制上

• while循环可以自定循环条件，并自行控制；
• for循环不可以自定循环条件，只可以依次从容器内取出数据。

  2.在无限循环上

• while循环可以通过条件控制做到无限循环；
• for循环理论上不可以，因为被遍历的容器内元素肯定不是无限的。

  3.在使用场景上

• while循环适用于任何想要循环的场景；
• for循环适用于遍历数据容器的场景，或简单的固定次数循环场景。