• (二)python高级特性


    一、切片

    >>> L = ['Michael', 'Sarah', 'Tracy', 'Bob', 'Jack']

    对这种经常取指定索引范围的操作,用循环十分繁琐,因此,Python提供了切片(Slice)操作符,能大大简化这种操作。

    对应上面的问题,取前3个元素,用一行代码就可以完成切片:

    >>> L[0:3]
    ['Michael', 'Sarah', 'Tracy']

    如果第一个索引是0,还可以省略:

    >>> L[:3]
    ['Michael', 'Sarah', 'Tracy']

    类似的,既然Python支持L[-1]取倒数第一个元素,那么它同样支持倒数切片,试试:

    >>> L[-2:]
    ['Bob', 'Jack']
    >>> L[-2:-1]
    ['Bob']

    记住倒数第一个元素的索引是-1。

    切片操作十分有用。我们先创建一个0-99的数列:

    >>> L = list(range(100))
    >>> L
    [0, 1, 2, 3, ..., 99]

    前10个数,每两个取一个:

    >>> L[:10:2]
    [0, 2, 4, 6, 8]

    所有数,每5个取一个:

    >>> L[::5]
    [0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95]

    甚至什么都不写,只写[:]就可以原样复制一个list:

    >>> L[:]
    [0, 1, 2, 3, ..., 99]

    tuple也是一种list,唯一区别是tuple不可变。因此,tuple也可以用切片操作,只是操作的结果仍是tuple:

    >>> (0, 1, 2, 3, 4, 5)[:3]
    (0, 1, 2)

    意思就是说,切片后的结果还是一个tuple
    字符串’xxx’也可以看成是一种list,每个元素就是一个字符。因此,字符串也可以用切片操作,只是操作结果仍是字符串:

    >>> 'ABCDEFG'[:3]
    'ABC'
    >>> 'ABCDEFG'[::2]
    'ACEG'

    二、迭代

    Python的for循环抽象程度要高于C的for循环,因为Python的for循环不仅可以用在list或tuple上,还可以作用在其他可迭代对象上。

    list这种数据类型虽然有下标,但很多其他数据类型是没有下标的,但是,只要是可迭代对象,无论有无下标,都可以迭代,比如dict就可以迭代:

    >>> d = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
    >>> for key in d:
    ...     print(key)
    ...
    a
    c
    b

    因为dict的存储不是按照list的方式顺序排列,所以,迭代出的结果顺序很可能不一样。

    默认情况下,dict迭代的是key。如果要迭代value,可以用for value in d.values(),如果要同时迭代key和value,可以用for k, v in d.items()。

    由于字符串也是可迭代对象,因此,也可以作用于for循环:

    >>> for ch in 'ABC':
    ...     print(ch)
    ...
    A
    B
    C

    所以,当我们使用for循环时,只要作用于一个可迭代对象,for循环就可以正常运行,而我们不太关心该对象究竟是list还是其他数据类型。

    那么,如何判断一个对象是可迭代对象呢?方法是通过collections模块的Iterable类型判断:

    >>> from collections import Iterable
    >>> isinstance('abc', Iterable) # str是否可迭代
    True
    >>> isinstance([1,2,3], Iterable) # list是否可迭代
    True
    >>> isinstance(123, Iterable) # 整数是否可迭代
    False

    最后一个小问题,如果要对list实现类似Java那样的下标循环怎么办?Python内置的enumerate函数可以把一个list变成索引-元素对,这样就可以在for循环中同时迭代索引和元素本身:

    >>> for i, value in enumerate(['A', 'B', 'C']):
    ...     print(i, value)
    ...
    0 A
    1 B
    2 C

    上面的for循环里,同时引用了两个变量,在Python里是很常见的,比如下面的代码:

    >>> for x, y in [(1, 1), (2, 4), (3, 9)]:
    ...     print(x, y)
    ...
    1 1
    2 4
    3 9

    三、列表生成式

    列表生成式即List Comprehensions,是Python内置的非常简单却强大的可以用来创建list的生成式。

    举个例子,要生成list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]可以用list(range(1, 11)):

    >>> list(range(1, 11))
    [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

    循环太繁琐,而列表生成式则可以用一行语句代替循环生成上面的list:

    >>> [x * x for x in range(1, 11)]
    [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

    写列表生成式时,把要生成的元素x * x放到前面,后面跟for循环,就可以把list创建出来,十分有用,多写几次,很快就可以熟悉这种语法。

    for循环后面还可以加上if判断,这样我们就可以筛选出仅偶数的平方:

    >>> [x * x for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
    [4, 16, 36, 64, 100]

    还可以使用两层循环,可以生成全排列:

    >>> [m + n for m in 'ABC' for n in 'XYZ']
    ['AX', 'AY', 'AZ', 'BX', 'BY', 'BZ', 'CX', 'CY', 'CZ']

    三层和三层以上的循环就很少用到了。

    运用列表生成式,可以写出非常简洁的代码。例如,列出当前目录下的所有文件和目录名,可以通过一行代码实现:

    >>> import os # 导入os模块,模块的概念后面讲到
    >>> [d for d in os.listdir('.')] # os.listdir可以列出文件和目录
    ['.emacs.d', '.ssh', '.Trash', 'Adlm', 'Applications', 'Desktop', 'Documents', 'Downloads', 'Library', 'Movies', 'Music', 'Pictures', 'Public', 'VirtualBox VMs', 'Workspace', 'XCode']

    因此,列表生成式也可以使用两个变量来生成list:

    >>> d = {'x': 'A', 'y': 'B', 'z': 'C' }
    >>> [k + '=' + v for k, v in d.items()]
    ['y=B', 'x=A', 'z=C']

    最后把一个list中所有的字符串变成小写:

    >>> L = ['Hello', 'World', 'IBM', 'Apple']
    >>> [s.lower() for s in L]
    ['hello', 'world', 'ibm', 'apple']

    四、迭代器

    我们已经知道,可以直接作用于for循环的数据类型有以下几种:

    一类是集合数据类型,如list、tuple、dict、set、str等;

    一类是generator,包括生成器和带yield的generator function。

    这些可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象:Iterable。

    可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterable对象:

    >>> from collections import Iterable
    >>> isinstance([], Iterable)
    True
    >>> isinstance({}, Iterable)
    True
    >>> isinstance('abc', Iterable)
    True
    >>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
    True
    >>> isinstance(100, Iterable)
    False

    而生成器不但可以作用于for循环,还可以被next()函数不断调用并返回下一个值,直到最后抛出StopIteration错误表示无法继续返回下一个值了。

    可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator。

    可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象:

    >>> from collections import Iterator
    >>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
    True
    >>> isinstance([], Iterator)
    False
    >>> isinstance({}, Iterator)
    False
    >>> isinstance('abc', Iterator)
    False

    生成器都是Iterator对象,但list、dict、str虽然是Iterable,却不是Iterator。

    把list、dict、str等Iterable变成Iterator可以使用iter()函数:

    >>> isinstance(iter([]), Iterator)
    True
    >>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
    True

    你可能会问,为什么list、dict、str等数据类型不是Iterator?

    这是因为Python的Iterator对象表示的是一个数据流,Iterator对象可以被next()函数调用并不断返回下一个数据,直到没有数据时抛出StopIteration错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列,但我们却不能提前知道序列的长度,只能不断通过next()函数实现按需计算下一个数据,所以Iterator的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

    Iterator甚至可以表示一个无限大的数据流,例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

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