• Python入门基础之迭代和列表生成式


    什么是迭代


    在Python中,如果给定一个list或tuple,我们可以通过for循环来遍历这个list或tuple,这种遍历我们成为迭代(Iteration)。

    在Python中,迭代是通过 for ... in 来完成的,而很多语言比如C或者Java,迭代list是通过下标完成的,比如Java代码:

    for (i=0; i<list.length; i++) {
        n = list[i];
    }

    可以看出,Python的for循环抽象程度要高于Java的for循环。

    因为 Python 的 for循环不仅可以用在list或tuple上,还可以作用在其他任何可迭代对象上。

    因此,迭代操作就是对于一个集合,无论该集合是有序还是无序,我们用 for 循环总是可以依次取出集合的每一个元素。

    注意: 集合是指包含一组元素的数据结构,我们已经介绍的包括:
    1. 有序集合:list,tuple,str和unicode;
    2. 无序集合:set
    3. 无序集合并且具有 key-value 对:dict

    而迭代是一个动词,它指的是一种操作,在Python中,就是 for 循环。

    迭代与按下标访问数组最大的不同是,后者是一种具体的迭代实现方式,而前者只关心迭代结果,根本不关心迭代内部是如何实现的。

    索引迭代


    Python中,迭代永远是取出元素本身,而非元素的索引。

    对于有序集合,元素确实是有索引的。有的时候,我们确实想在 for 循环中拿到索引,怎么办?

    方法是使用 enumerate() 函数

    >>> L = ['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul']
    >>> for index, name in enumerate(L):
    ...     print index, '-', name
    ... 
    0 - Adam
    1 - Lisa
    2 - Bart
    3 - Paul

    使用 enumerate() 函数,我们可以在for循环中同时绑定索引index和元素name。但是,这不是 enumerate() 的特殊语法。实际上,enumerate() 函数把:

    ['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul']

    变成了类似:

    [(0, 'Adam'), (1, 'Lisa'), (2, 'Bart'), (3, 'Paul')]

    因此,迭代的每一个元素实际上是一个tuple:

    for t in enumerate(L):
        index = t[0]
        name = t[1]
        print index, '-', name

    如果我们知道每个tuple元素都包含两个元素,for循环又可以进一步简写为:

    for index, name in enumerate(L):
        print index, '-', name

    这样不但代码更简单,而且还少了两条赋值语句。

    可见,索引迭代也不是真的按索引访问,而是由 enumerate() 函数自动把每个元素变成 (index, element) 这样的tuple,再迭代,就同时获得了索引和元素本身。

    例子:

    zip()函数可以把两个 list 变成一个 list:

    >>> zip([10, 20, 30], ['A', 'B', 'C'])
    [(10, 'A'), (20, 'B'), (30, 'C')]

    在迭代 ['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul'] 时,如果我们想打印出名次 - 名字(名次从1开始),请考虑如何在迭代中打印出来。

    提示:考虑使用zip()函数和range()函数。

    range(1, ?) 可以创建出起始为 1 的数列。

    L = ['Adam', 'Lisa', 'Bart', 'Paul']
    for index, name in zip(range(1,len(L)+1),L):
        print index, '-', name

    迭代dict的value


    我们已经了解了dict对象本身就是可迭代对象,用 for 循环直接迭代 dict,可以每次拿到dict的一个key。

    如果我们希望迭代 dict 对象的value,应该怎么做?

    dict 对象有一个 values() 方法,这个方法把dict转换成一个包含所有value的list,这样,我们迭代的就是 dict的每一个 value:

    d = { 'Adam': 95, 'Lisa': 85, 'Bart': 59 }
    print d.values()
    # [85, 95, 59]
    for v in d.values():
        print v
    # 85
    # 95
    # 59

    如果仔细阅读Python的文档,还可以发现,dict除了values()方法外,还有一个 itervalues() 方法,用 itervalues() 方法替代 values() 方法,迭代效果完全一样:

    d = { 'Adam': 95, 'Lisa': 85, 'Bart': 59 }
    print d.itervalues()
    # <dictionary-valueiterator object at 0x106adbb50>
    for v in d.itervalues():
        print v
    # 85
    # 95
    # 59

    那这两个方法有何不同之处呢?

    1. values() 方法实际上把一个 dict 转换成了包含 value 的list。

    2. 但是 itervalues() 方法不会转换,它会在迭代过程中依次从 dict 中取出 value,所以 itervalues() 方法比 values() 方法节省了生成 list 所需的内存。

    3. 打印 itervalues() 发现它返回一个 <dictionary-valueiterator> 对象,这说明在Python中,for 循环可作用的迭代对象远不止 list,tuple,str,unicode,dict等,任何可迭代对象都可以作用于for循环,而内部如何迭代我们通常并不用关心。

    如果一个对象说自己可迭代,那我们就直接用 for 循环去迭代它,可见,迭代是一种抽象的数据操作,它不对迭代对象内部的数据有任何要求。

    迭代dict的key和value


    我们了解了如何迭代 dict 的key和value,那么,在一个 for 循环中,能否同时迭代 key和value?答案是肯定的。

    首先,我们看看 dict 对象的 items() 方法返回的值:

    >>> d = { 'Adam': 95, 'Lisa': 85, 'Bart': 59 }
    >>> print d.items()
    [('Lisa', 85), ('Adam', 95), ('Bart', 59)]

    可以看到,items() 方法把dict对象转换成了包含tuple的list,我们对这个list进行迭代,可以同时获得key和value:

    >>> for key, value in d.items():
    ...     print key, ':', value
    ... 
    Lisa : 85
    Adam : 95
    Bart : 59

    和 values() 有一个 itervalues() 类似, items() 也有一个对应的 iteritems(),iteritems() 不把dict转换成list,而是在迭代过程中不断给出 tuple,所以, iteritems() 不占用额外的内存。

    生成列表


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

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

    但如果要生成[1x1, 2x2, 3x3, ..., 10x10]怎么做?方法一是循环:

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

    但是循环太繁琐,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]

    这种写法就是Python特有的列表生成式。利用列表生成式,可以以非常简洁的代码生成 list。

    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。

    例子:

    请利用列表生成式生成列表 [1x2, 3x4, 5x6, 7x8, ..., 99x100]

    提示:range(1, 100, 2) 可以生成list [1, 3, 5, 7, 9,...]

    把每次循环的 x 变成列表中的元素 x * (x + 1)
    
    参考代码:
    
    print [x * (x + 1) for x in range(1, 100, 2)]

    复杂表达式


    使用for循环的迭代不仅可以迭代普通的list,还可以迭代dict。

    假设有如下的dict:

    d = { 'Adam': 95, 'Lisa': 85, 'Bart': 59 }

    完全可以通过一个复杂的列表生成式把它变成一个 HTML 表格:

    tds = ['<tr><td>%s</td><td>%s</td></tr>' % (name, score) for name, score in d.iteritems()]
    print '<table>'
    print '<tr><th>Name</th><th>Score</th><tr>'
    print '
    '.join(tds)
    print '</table>'

    注:字符串可以通过 % 进行格式化,用指定的参数替代 %s。字符串的join()方法可以把一个 list 拼接成一个字符串。

    把打印出来的结果保存为一个html文件,就可以在浏览器中看到效果了:

    <table border="1">
    <tr><th>Name</th><th>Score</th><tr>
    <tr><td>Lisa</td><td>85</td></tr>
    <tr><td>Adam</td><td>95</td></tr>
    <tr><td>Bart</td><td>59</td></tr>
    </table>

    例子:

    在生成的表格中,对于没有及格的同学,请把分数标记为红色。

    提示:红色可以用 <td style="color:red"> 实现。

    如果我们用一个函数来替换字符串的格式化代码,可以得到更清晰的代码:

    def generate_tr(name, score):
        return '<tr><td>%s</td><td>%s</td></tr>' % (name, score)
    tds = [generate_tr(name, score) for name, score in d.iteritems()]

    这样,只需要修改 generate_tr() 函数,必要的时候把score标红。

    参考代码:

    d = { 'Adam': 95, 'Lisa': 85, 'Bart': 59 }
    def generate_tr(name, score):
        if score < 60:
            return '<tr><td>%s</td><td style="color:red">%s</td></tr>' % (name, score)
        return '<tr><td>%s</td><td>%s</td></tr>' % (name, score)
    tds = [generate_tr(name, score) for name, score in d.iteritems()]
    print '<table border="1">'
    print '<tr><th>Name</th><th>Score</th><tr>'
    print '
    '.join(tds)
    print '</table>'

    条件过滤


    列表生成式的 for 循环后面还可以加上 if 判断。例如:

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

    如果我们只想要偶数的平方,不改动 range()的情况下,可以加上 if 来筛选:

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

    有了 if 条件,只有 if 判断为 True 的时候,才把循环的当前元素添加到列表中。

    例子:

    请编写一个函数,它接受一个 list,然后把list中的所有字符串变成大写后返回,非字符串元素将被忽略。

    提示:

    1. isinstance(x, str) 可以判断变量 x 是否是字符串;

    2. 字符串的 upper() 方法可以返回大写的字母。

    def toUppers(L):
        return [x.upper() for x in L if isinstance(x,str)]
    
    print toUppers(['Hello', 'world', 101])

    多层表达式


    for循环可以嵌套,因此,在列表生成式中,也可以用多层 for 循环来生成列表。

    对于字符串 'ABC' 和 '123',可以使用两层循环,生成全排列:

    >>> [m + n for m in 'ABC' for n in '123']
    ['A1', 'A2', 'A3', 'B1', 'B2', 'B3', 'C1', 'C2', 'C3']

    翻译成循环代码就像下面这样:

    L = []
    for m in 'ABC':
        for n in '123':
            L.append(m + n)

    例子:

    利用 3 层for循环的列表生成式,找出对称的 3 位数。例如,121 就是对称数,因为从右到左倒过来还是 121。

    百位的循环从 1-9,十位和个位的循环从 0-9。
    
    参考代码:
    
    print [100 * n1 + 10 * n2 + n3 for n1 in range(1, 10) for n2 in range(10) for n3 in range(10) if n1==n3]

     参考慕课网课程:http://www.imooc.com/learn/177

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