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 '\n'.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 '\n'.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