Python中的序列操作

官方手册：https://docs.python.org/3.7/library/stdtypes.html#sequence-types-list-tuple-range

序列简介

序列是指按照位置顺序来存储数据的数据结构，也就是说能通过数值索引进行操作。实际上，python对序列的解释是：只要类型对象中重载了__len__()和__getitem__()，且它们的整数参数从0开始，就表示这个类型满足序列协议，是一个序列类型。

python有三种基本的序列类型：列表、元组和range对象。当然，还有特别定制的序列类型：str和binary data。

序列类型又分为可变序列和不可变序列。可变序列表示可以原处修改的序列，不可变序列意味着不允许原处修改。例如，列表是可变序列，字符串是不可变序列。

可变对象和不可变对象的含义，参见python可变对象和不可变对象的解释。

序列的通用操作

下面这些操作是序列通用的，无论是可变、不可变序列。但通用并不意味着所有序列都支持这些操作，有些特殊的序列因为某些原因不支持某些操作也是合理的。

注意：python中序列操作在索引越界的时候都会报错。

1.测试元素是否存在

x in S和x not in S，返回True或False。例如：

>>> 'a' in "abcd"
True
>>> 'aa' in "abcd"
False
>>> 'ab' in "abcd"
True
>>> 3 in [1,2,3,4]
True

2.加法和乘法符号

S1 + S2或S * N或N * S，其中S1和S2是同一种序列类型，N表示序列的重复次数。

例如：

>>> [1,2] + [3,4]
[1, 2, 3, 4]

>>> [1,2] * 3
[1, 2, 1, 2, 1, 2]
>>> 3 * [1, 2]
[1, 2, 1, 2, 1, 2]

注意，序列中保存的是元素的引用地址，所以对于序列中的可变元素，+ *时需要注意修改的影响范围：

>>> L = [1,2,3,4]
>>> L1 = [['a'],['b']]

>>> L0 = L + L1
>>> L0
[1, 2, 3, 4, ['a'], ['b']]

>>> L1[0][0] = "aa"
>>> L0
[1, 2, 3, 4, ['aa'], ['b']]

上面修改"a"为"aa"也会影响到+的结果L0，因为['a']是一个可变对象。同样对于*的重复操作，也是拷贝引用：

>>> L = []
>>> L1 = [L] * 3
>>> L1
[[], [], []]

>>> L.append(3)
>>> L1
[[3], [3], [3]]

3.len()、max()和min()函数

len()返回序列的元素个数，也就是序列的长度。min()和max()分别返回序列中最小、最大的元素。

>>> len(L), min(L), max(L)
(4, 'a', 'd')

4.找出元素在序列中出现的次数count()

>>> s="hello world"
>>> s.count("h"),s.count("o")
(1, 2)

5.索引取元素

S[i]，i为从0开始的数值，可以取负数表示从尾部开始取。

例如：

>>> L
['a', 'b', 'c', 'd']
>>> L[0]
'a'
>>> L[1]
'b'
>>> L[-1]
'd'

负数的i等价于len(S)+i作为索引。例如，len(S) = 3, i = -1，表示取最后一个元素，也就是index=2的元素。

6.分片

分片操作用于从序列中取出子序列，它会创建新的内存块来保存取出来的序列对象。

• S[i:j]：从索引位i取到索引位j，不包括j
• S[i:]：从索引位i开始取到最结尾
• S[:j]：从最开头取到索引位j，不包括j
• S[:]：从头取到尾，相当于拷贝了序列，但得到的是新序列
• S[i:j:k]：k表示取元素时的步进间隔，默认为1，表示每个元素都取，如果为2，则表示取一个跳过一个

分片的区间是左闭右开的，所以不会包括j的索引位。i和j可以是负数，负数表示从尾部开始计算索引位。例如，-1表示最后一个元素，-2表示倒数第二个元素。

特别地，如果i = j，则表示找到序列中的这个位置，但因为切片长度位0，所以返回空。

例如：

>>> s = "hello world"
>>> len(s)
11

>>> s[0:6]
'hello '
>>> s[:6]
'hello '

>>> s[6:10]   # 不包括index=10
'worl'
>>> s[6:11]   # 所以用大于10的结束位
'world'
>>> s[6:]
'world'
>>> s[6:-1]
'worl'

>>> s[:]      # 拷贝序列得到副本
'hello world'

>>> s[::1]     # 步进为1，默认的
'hello world'
>>> s[::2]     # 每次跳过一个元素
'hlowrd'

>>> s[1:1]    # 找到index=1的位置
''

7.找出第一个元素的位置index()

index(x,i,j)表示从序列中搜索元素x并返回第一次出现的x的位置，如果给定了i，则表示从索引位i开始搜索，给定了j则表示最多搜索到索引位为j的位置。

如果找不到元素，将报错。i和j可以是负数，但无论它们是正数还是负数，都是搜索的开始和结束位。

>>> s="hello world"
>>> s.index("o")
4
>>> s.index("o",1,-1)
4
>>> s.index("o",-5)    # 从倒数第5个元素开始搜索
7
>>> s.index("a")       # 搜索不到时报错
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: substring not found

不可变序列的操作

相比可变序列，不可变序列的唯一操作是可以支持内置的hash()操作。可变序列无法hash()。

>>> hash("asd")
-2014632507

>>> hash((1,23))
1320437575

>>> hash([1,23])
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unhashable type: 'list'

能够hash的不可变序列，意味着能作为dict的key，能保存到set或frozenset中。

可变序列的操作

1. s[i] = x、s[i:j] = t将序列中的元素替换成x或可迭代对象t
2. s[i:j:K] = t将序列中的元素替换成可迭代对象t，t的长度必须和s[i:j:k]的长度一样
3. del s[i]、del s[i:j]删除序列中的元素，等价于s[i] = []、s[i:j] = []
4. del s[i:j:k]删除序列中的某些元素，k为步进值
5. s.remove(x)：移除第一次出现的元素x
6. s.clear()表示清空序列中的所有元素，等价于del s[:]
7. s.pop([i])表示移除序列s中的第i个元素并返回这个元素，中括号表示可选，如果没有参数，默认移除最后一个元素
8. s.append(x)向序列的尾部追加元素x，等价于s[len(s):len(s)] = [x]
9. s.extend(t)或s += t表示将t扩展到序列s的尾部，等价于s[len(s):len(s)] = t
10. s.insert(i,x)表示将x插入到序列中的i索引位置处，等价于s[i:i] = [x]
11. s *= n表示将序列n的元素重复n次追加到s的尾部
12. s.copy()表示拷贝序列得到一个新的序列副本，等价于s[:]
13. s.reverse()原地反转序列s，为了节约内存空间，所以是原地反转，不会返回反转后的序列

对于序列，还有一个内置函数reversed(SEQ)。与之对应的，还有一个内置函数sorted()，但它操作的对象是可迭代对象，并不一定总是序列。

示例1：序列元素赋值

>>> L = ['aa','bb','cc','dd','ee','ff']
>>> L1 = [1,2,3,4]

>>> L[0] = "a"
>>> L
['a', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee', 'ff']

>>> L[1:2] = L1
>>> L
['a', 1, 2, 3, 4, 'cc', 'dd', 'ee', 'ff']

>>> L[::2] = [1,2,3,4,5]
>>> L
[1, 1, 2, 3, 3, 'cc', 4, 'ee', 5]

示例2：删除元素

删除相关操作有del、remove()、pop()、clear()。

例如：

>>> L = ['aa','bb','cc','dd','ee','ff']
>>> del L[1]
>>> L
['aa', 'cc', 'dd', 'ee', 'ff']
>>> del L[1:2]
>>> L
['aa', 'dd', 'ee', 'ff']
>>> del L[::2]
>>> L
['dd', 'ff']

>>> L = ['aa','bb','cc','dd','ee','ff']
>>> L.remove('aa')
>>> L
['bb', 'cc', 'dd', 'ee', 'ff']

>>> L.pop()
'ff'
>>> L
['bb', 'cc', 'dd', 'ee']

>>> L.pop(2)
'dd'
>>> L
['bb', 'cc', 'ee']

>>> L.clear()
>>> L
[]

示例3：添加元素

相关操作有append()、extend()、insert()、s *= n。

例如：

>>> L = ['aa', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee']
>>> L1 = [1,2,3,4]

>>> L.append("ff")
>>> L
['aa', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee', 'ff']

>>> L.insert(1,"a")
>>> L
['aa', 'a', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee', 'ff']

>>> L.extend(L1)
>>> L
['aa', 'a', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee', 'ff', 1, 2, 3, 4]

>>> L1 * 2
[1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4]

示例4：其它操作

拷贝序列copy()、反转序列reverse()。

>>> L = ['aa', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee']

>>> L1 = L.copy()
>>> L1
['aa', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee']

>>> L.reverse()
>>> L
['ee', 'dd', 'cc', 'bb', 'aa']

还有一个可用于序列的内置函数reversed()，它反转序列，并返回可迭代对象。所以，如果要将它展现出来，需要构建容器。例如:

>>> L = ['aa', 'bb', 'cc', 'dd', 'ee']

>>> list(reversed(L))
['ee', 'dd', 'cc', 'bb', 'aa']

>>> set(reversed(L))
{'aa', 'bb', 'ee', 'cc', 'dd'}