python基础一：python列表基础和一些经典使用案例

1. 写在前面

好久没有更新python这一块的内容了，所以今天整理一块python的内容。今天整理的内容是python里面的列表，作为在python中非常常见的数据类型，尝试用一篇文章来整理其常用的操作，方便以后查看使用。目前可能不全，以后遇到列表相关的操作都放到这篇文章里面来。

首先从列表的基础操作开始，看一下什么是python列表，列表背后的内存组织，然后介绍列表里面的常用操作，像列表的添加，删除，切片等。接下来会介绍点深浅拷贝的知识和可变不可变对象。最后整理常用的列表使用案例。

这次整理列表，会从纯使用的角度去整理，关于列表的理论知识和细节知识，这里不做整理。

知识框架：

列表的基础操作（添加，删除，切片，索引，遍历等）
深浅拷贝和可变不可变
列表常用的使用小例子

ok, let’s go!

2. 列表的基础操作

关于list，它是python中非常重要的一种数据类型，常用的创建方式会有两种： []和list(), 下面我们先尝试创建一个列表：

lst = [1, 3, 5]   # lst就是一个列表
# lst = list((1, 3, 5))

我们看看这行代码在内存中是什么样子的：
在这里插入图片描述
是有一块内存空间存放[1, 3, 5]，然后把这块内存空间的首地址给了lst。注意，这个地方右边是开着的，和(1,3,5)还不一样，后者表示元组，在内存里面是这样：

元组也是python中容器型的一种，和list不同的是， list是一种可变对象，而元组是一种不可变对象。

2.1 列表的常用操作

创建完列表之后，我们要会使用，这里介绍一些基本的使用，比如查看列表的元素个数，遍历列表看元素和及其类型，列表的添加，删除，切片，索引。下面就来看看：

# 创建一个列表
lst = [1, 'xiaoming', 29.5, '17382348927']      # 列表里面元素类型不一定一样

print(len(lst))   # len函数返回列表的元素个数， 非常常用

# 列表的索引 由于下标是0-len(st)-1， 所以通过下标就可以访问某个元素
lst[2]   # 这个就是29.5


# 遍历列表
for _ in lst:     # 这行代码就可以遍历列表查看每个元素的类型
	print(f"{_}的类型为{type(_)}")

## 结果
1的类型为<class 'int'>
xiaoming的类型为<class 'str'>
29.5的类型为<class 'float'>
17382348927的类型为<class 'str'>

列表作为一种可变对象，我们是可以在里面添加和删除元素的，关于列表的添加，常用的方式有三种： append， extend， insert。

# append方式从列表的尾部添加元素
lst = [1, 'xiaoming', 29.5, '17382348927']
lst.append('hello')   #[1, 'xiaoming', 29.5, '17382348927', 'hello']
lst.append(['hello', 'world'])  #  #[1, 'xiaoming', 29.5, '17382348927', 'hello', ['hello', 'world']]  
# 上面的第二个是列表里面又加了个列表元素

# extend也是从列表尾部添加元素, 但是和append又有些区别
lst.extend(['hello', 'world'])  # [1, 'xiaoming', 29.5, '17382348927', 'hello', 'world]  
# 注意看区别， extend的时候，是只要后面列表里面的元素， 不是把列表加进去

# insert 在指定位置添加元素
lst.insert(1, 10)
# [1, 10, 'xiaoming', 29.5, '17382348927']

上面的都比较简单，做简单回顾。

关于列表的删除常用的方式： pop和remove

lst = [1, 'xiaoming', 29.5, '17382348927']

# pop 默认是从尾部删除元素并返回
lst.pop()   # 这个是'17382348927' 
# 执行了上面这句代码之后， lst变成了[1, 'xiaoming', 29.5]， 当然pop也可以指定位置删除元素
lst.pop(1) 

# remove()删除指定元素
lst.remove('xiaoming')

关于索引的切片，这里不多说，简单演示：

a = [i for i in range(1, 10)]
print(a)
print(a[::-1])        # 列表翻转  这个很实用
print(a[:-1])
print(a[1:5:2])
print(a[::-3])

## 结果
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
[2, 4]
[9, 6, 3]

3. 关于深浅拷贝和可变不可变

先抛开深浅拷贝，我们先来看一个列表的例子：

# 列表的创建
lst2 = ['001','2019-11-11',['三文鱼','电烤箱']]

这个列表看起来很简单，但是内部怎么组织的呢？
在这里插入图片描述
现在就知道了，列表里面套列表的时候，在内存的角度到底是如何组织的。这时候，我们把里面那个列表给赋值到一个新的变量上面去：

# 索引
sku = lst2[2]   # ['三文鱼', '电烤箱']

这时候内存是这样子的：
在这里插入图片描述
就是sku也指向到了里面的这个列表中。这时候，很明显，我们尝试修改sku指向的列表，那么lst[2]肯定也会变：

sku.append('烤鸭')   

# 这时候
sku  ['三文鱼', '电烤箱', '烤鸭']
lst2  ['001','2019-11-11',['三文鱼','电烤箱', '烤鸭']]

也就是这种情况下，修改sku会导致lst2本身也会改变。看内部原理图就非常容易理解，那么有没有一种方式，我改sku的时候，不改变lst2本身呢？

3.1 深浅拷贝

浅拷贝可以帮助我们完成上面的要求，浅拷贝.copy()，把lst2[2]进行拷贝一份，这时候就发现sku变量与lst2[2]指向的对象就不是一个了。

sku_deep = lst2[2].copy()
sku_deep     # ['三文鱼', '电烤箱']

虽然内容是一样，但看内存：
在这里插入图片描述
这时候很显然，修改sku_keep就不会影响lst2的内容了。那么浅拷贝和深拷贝有啥区别呢？

上面这个例子可能还看不出区别，但是下面这个例子就非常看出事情：

# 再创建一个新的列表，也是列表套列表
a = [1, 2, [3, 4, 5]]
ac = a.copy()   # ac是a的一个浅拷贝

# 我们改一下ac的值
ac[0] = 10   
print(a[0], ac[0])   # 1 10    确实实现了拷贝， a和ac分开了

# 但是真的分的彻底吗？  我们改一下ac的值，但这次该里面那个列表
ac[2][1] = 40
print(a[2][1], ac[2][1]) # 40 40 我们发现了啥？  竟然改ac里面列表的时候a里面的列表也跟着变了

上面例子就说明了浅拷贝，并没有拷贝的那么彻底，像这种列表套列表的情况，浅拷贝仅仅拷贝了第一层而已，看个图就明白了：
在这里插入图片描述
这个图很清晰的说明了上面的那两个变化情况。原来浅拷贝之后， a[2]和ac[2]依然指向了同一块空间。类似于藕断丝连。浅拷贝之后， 我弄一块新内存放外面的列表，但是列表里面再有列表的话，我不管

那么深拷贝是怎么回事呢？可能你也想到了，那就是断的彻底。即使列表里面套列表，当我深拷贝之后， 我弄一块内存放外面的表，同时如果列表里面有列表，我也会弄一块新内存放里面的表。看下面的例子和图：

from copy import deepcopy

a = [1, 2, [3, 4, 5]]
ac = deepcopy(a)
ac[0] = 10
ac[2][1] = 40
print(a[0], ac[0])   # 1 10 
print(ac[2][1], a[2][1])    # 40 4

深拷贝是deepcopy()，深拷贝之后我们发现a和ac就完全没有关系了。
在这里插入图片描述

3.2 关于可变与不可变

这个话题其实在python那里尝试整理了一下，这里再用内部图的方式重新理解一下，就拿列表和元组来看即可，看看这个可变和不可变到底啥意思？可变和不可变是一对很微妙的概念

我们知道，列表是可变对象，那么这个可变是啥意思呢？我们建立一个列表看一下：

# 创建一个列表
a = [1, 3, [5, 7], 9, 11, 13]

上面的a是一个普通列表，但是又不算一个很普通的列表，因为里面还有一个列表，我们看看这个的内部图：
在这里插入图片描述
那么什么是可变呢？这个意思是a指向的对象本身是可以变得，比如我们在a中删除元素： a.pop()

是不是a指向的对象本身变了？如果没看清楚，我们再像a里面添加元素， a.insert(3, 8)

所以对于列表而言，它能添加和删除元素，所以是可变的。但注意是本身可变。如果我执行这一步操作：a[2].insert(1, 6)
在这里插入图片描述
这个如果我们打印a的话，也会发现a变了，但是，这个要注意，这个不能说明a是可变的，因为a指向的对象本身并没有变，变得只是a[2]指向的对象，只能说a里面的元素有可变的，理解这一点非常重要，为啥呢？我们下面看看元组吧。

我们知道，元组是不可变对象，但是有时候，我们也能看似改变它的元素：

a =(1,3,[5,7],9,11,13)

依然是上面的那些元素，只是把[]换成()，这时候a就是一个元组了。我们看看内部结构：
在这里插入图片描述
其实，看元组本身会发现右边是封闭的了。这时候我们依然a[2].insert(1, 6), 这个时候我们同样也会观察到a里面的元素有变化。

但是，我们看a指向的对象本身，其实没有变， a内元素也没有发生增减，长度还是6，所以对于不可变对象而言，一旦创建后，长度就不能发生改变，但是允许里面的元素有可变对象。

所以对于list而言，列表长度有增有减，对象本身会发生改变，所以它是可变的，而tuple而言，允许里面的元素可变，但是它本身不会发生改变。所以它是不可变对象。

说了这么多，不知道听懂了没有。

4. list的经典使用案例

下面的这些例子非常经典实用，不管是刷题还是应用中其实很常见，顺序不分先后。

判断list里面有无重复元素

def is_duplicated(lst):
    return len(set(lst)) != len(lst)

a = [1, 2, 3, 3]
is_duplicated(a)

列表的逆序
```
def reverse(lst):
	return lst[::-1]
```

找出列表中重复的元素
这个就是count计数，遍历一遍，看看有重复的，加入新的数组

def find_duplicated(l):
    ret = []
    for item in l:
        if l.count(item) > 1 and item not in ret:
            ret.append(item)
    return ret

a = [1, 2, 3, 2, 1]
b = find_duplicated(a)    # [1, 2]

去掉列表中最大值最小值，然后计算剩余元素平均值

def score_mean(lst):
    lst.sort()
    lst2 = lst[1:-1]
    return round((sum(lst2)/len(lst2)), 1)

lst=[9.1, 9.0,8.1, 9.7, 19,8.2, 8.6,9.8]
score_mean(lst)   # 9.1

这个像不像去掉最高分和最低分取平均，看一下动画演示过程：
在这里插入图片描述

获得列表的表头和表尾

def head(lst):
    return lst[0] if len(lst) > 0 else None    #  这个判断形式要会
print(head([]))
print(head([1, 2, 3]))

def tail(lst):
    return lst[-1] if len(lst) > 0 else None

获得列表中出现次数最多的元素
这个还是很实用的，寻找众数有没有？如果列表里面只有一个元素出现的次数最多，那么可以用max内置函数，里面的key设置为元素的个数比较。

def mode(lst):
    if not lst:
        return None
    return max(lst, key=lambda v: lst.count(v))   # v 在 lst 的出现次数作为大小比较的依据

a = [1, 2, 3,4, 2]
mode(a)    # 2

如果众数不止一个，那么这时候就需要获得这个众数之后，得到它出现的次数，遍历列表，把次数相同的返回：

# 如果是有多个元素的时候
def mode(lst):
    if not lst:
        return None
    
    max_freq_elem = max(lst, key=lambda v: lst.count(v))
    max_freq = lst.count(max_freq_elem)   # 出现最多的次数
    ret = []
    for i in lst:
        if lst.count(i) == max_freq and i not in ret:
            ret.append(i)
    
    return ret

a = [1, 2, 3, 4, 3, 2]
mode(a)   # [3, 2]

返回更长的列表
就是多个列表，得到长度最长的那个。在这里我们看一下max内部到底是咋工作的。
```
def max_len(*lists):
    return max(*lists, key=lambda v: len(v))   # v 代表一个 list，其长度作为大小比较的依据

r = max_len([1, 2, 3], [4,5], [5])
r    # [1, 2, 3]
```
这个*可以匹配多个参数，记不记得函数的可变参数？在python基础里面整理过的。这里就是把列表都传进去，然后根据max函数，返回最长的列表，可以看到这个地方的key表示的list的长度。看一下内部是怎么实现的：

洗牌数据shuffle

from random import shuffle, randint
lst = [1, 2, 3]
shuffle(lst)
lst

shuffle可以打乱列表，当然如果是数组的话，可以用permutation：

index = np.random.permutation(3)        # 这个是数组的随机洗牌
a = np.array(lst)
a = a[index]
a

这些在打乱样本的时候非常实用。

生成元素对

a = [i for i in range(10)]
list(zip(a[:-1], a[1:]))

#
[(0, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5), (5, 6), (6, 7), (7, 8), (8, 9)]

这个在取样的时候也有时候会用到

斐波那契数列

def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return [1]
    fib = [1, 1]
    while len(fib) < n:
        fib.append(fib[len(fib)-1] + fib[len(fib)-2])
    
    return fib

fibonacci(5)

当然，这个方法耗费内存，也不高效，所以还可以更高效。用生成器。

# 上面的方法不高效， 生成器会更简洁和节省内存
def fibonacci(n):
    a, b = 1, 1
    for _ in range(n):
        yield a          # 遇到yield之后， 返回，下次再进入函数体， 从yield中的下一句执行
        a, b = b, a+b

list(fibonacci(5))

今天的内容就先整理这么多，后期会把列表中的一些实用操作都整理到一块来，便于学习和查找。