python 入門學習與實踐1-3

3.1　清單是什麼

清單 由一系列按特定順序排列的元素組成。你可以建立包含字母表中所有字母、數字0~9或所有家庭成員姓名的清單；也可以将任何東西加入清單中，其中的元素之間可以沒有 任何關系。鑒于清單通常包含多個元素，給清單指定一個表示複數的名稱（如letters 、digits 或names ）是個不錯的主意。

在Python中，用方括号（[] ）來表示清單，并用逗号來分隔其中的元素。下面是一個簡單的清單示例，這個清單包含幾種自行車： 

bicycles.py

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] 

print(bicycles)

如果你讓Python将清單列印出來，Python将列印清單的内部表示，包括方括号： ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

鑒于這不是你要讓使用者看到的輸出，下面來學習如何通路清單元素。

3.1.1　通路清單元素

清單是有序集合，是以要通路清單的任何元素，隻需将該元素的位置或索引告訴Python即可。要通路清單元素，可指出清單的名稱，再指出元素的索引，并将其放在方括号内。 例如，下面的代碼從清單bicycles 中提取第一款自行車：

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] ❶ print(bicycles[0])

❶處示範了通路清單元素的文法。當你請求擷取清單元素時，Python隻傳回該元素，而不包括方括号和引号： 

trek

這正是你要讓使用者看到的結果——整潔、幹淨的輸出。

你還可以對任何清單元素調用第2章介紹的字元串方法。例如，可使用方法title() 讓元素'trek' 的格式更整潔： bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

print(bicycles[0].title())

這個示例的輸出與前一個示例相同，隻是首字母T是大寫的。

3.1.2　索引從0而不是1開始

在Python中，第一個清單元素的索引為0，而不是1。在大多數程式設計語言中都是如此，這與清單操作的底層實作相關。如果結果出乎意料，請看看你是否犯了簡單的差一錯誤。 第二個清單元素的索引為1。根據這種簡單的計數方式，要通路清單的任何元素，都可将其位置減1，并将結果作為索引。例如，要通路第四個清單元素，可使用索引3。 

下面的代碼通路索引1 和3 處的自行車：

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] print(bicycles[1])

print(bicycles[3])

這些代碼傳回清單中的第二個和第四個元素：

cannondale

specialized

Python為通路最後一個清單元素提供了一種特殊文法。通過将索引指定為-1 ，可讓Python傳回最後一個清單元素：

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

print(bicycles[-1])

這些代碼傳回'specialized' 。這種文法很有用，因為你經常需要在不知道清單長度的情況下通路最後的元素。這種約定也适用于其他負數索引，例如，索引-2 傳回倒數第 二個清單元素，索引-3 傳回倒數第三個清單元素，以此類推。

3.1.3　使用清單中的各個值

可像使用其他變量一樣使用清單中的各個值。例如，你可以使用拼接根據清單中的值來建立消息。 下面來嘗試從清單中提取第一款自行車，并使用這個值來建立一條消息：

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

❶ message = "My first bicycle was a " + bicycles[0].title() + "." 

print(message)

我們使用bicycles[0] 的值生成了一個句子，并将其存儲在變量message 中（見❶）。輸出是一個簡單的句子，其中包含清單中的第一款自行車： My first bicycle was a Trek.

動手試一試

請嘗試編寫一些簡短的程式來完成下面的練習，以獲得一些使用Python清單的第一手經驗。你可能需要為每章的練習建立一個檔案夾，以整潔有序的方式存儲為完成各 章的練習而編寫的程式。

3-1 姓名： 将一些朋友的姓名存儲在一個清單中，并将其命名為names 。依次通路該清單中的每個元素，進而将每個朋友的姓名都列印出來。

3-2 問候語： 繼續使用練習3-1中的清單，但不列印每個朋友的姓名，而為每人列印一條消息。每條消息都包含相同的問候語，但擡頭為相應朋友的姓名。

3-3 自己的清單： 想想你喜歡的通勤方式，如騎機車或開汽車，并建立一個包含多種通勤方式的清單。根據該清單列印一系列有關這些通勤方式的宣言，如“I would like to own a Honda motorcycle”。

3.2　修改、添加和删除元素

你建立的大多數清單都将是動态的，這意味着清單建立後，将随着程式的運作增删元素。例如，你建立一個遊戲，要求玩家射殺從天而降的外星人；為此，可在開始時将一些外 

星人存儲在清單中，然後每當有外星人被射殺時，都将其從清單中删除，而每次有新的外星人出現在螢幕上時，都将其添加到清單中。在整個遊戲運作期間，外星人清單的長度 

将不斷變化。

3.2.1　修改清單元素

修改清單元素的文法與通路清單元素的文法類似。要修改清單元素，可指定清單名和要修改的元素的索引，再指定該元素的新值。 例如，假設有一個機車清單，其中的第一個元素為'honda' ，如何修改它的值呢？

motorcycles.py

❶ motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] print(motorcycles)

❷ motorcycles[0] = 'ducati' print(motorcycles)

我們首先定義一個機車清單，其中的第一個元素為'honda' （見❶）。接下來，我們将第一個元素的值改為'ducati' （見❷）。輸出表明，第一個元素的值确實變了，但 其他清單元素的值沒變：

['honda', 'yamaha', 'suzuki'] 

['ducati', 'yamaha', 'suzuki']

 你可以修改任何清單元素的值，而不僅僅是第一個元素的值。

3.2.2　在清單中添加元素

你可能出于衆多原因要在清單中添加新元素，例如，你可能希望遊戲中出現新的外星人、添加可視化資料或給網站添加新注冊的使用者。Python提供了多種在既有清單中添加新資料 

的方式。

1. 在清單末尾添加元素

在清單中添加新元素時，最簡單的方式是将元素附加到清單末尾。給清單附加元素時，它将添加到清單末尾。繼續使用前一個示例中的清單，在其末尾添加新元素'ducati' ： 

    motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

❶ motorcycles.append('ducati') print(motorcycles)

方法append() 将元素'ducati' 添加到了清單末尾（見❶ ），而不影響清單中的其他所有元素：

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

方法append() 讓動态地建立清單易如反掌，例如，你可以先建立一個空清單，再使用一系列的append() 語句添加元素。下面來建立一個空清單，再在其中添加元 素'honda' 、'yamaha' 和'suzuki' ：

motorcycles = []

motorcycles.append('honda') 

motorcycles.append('yamaha') 

motorcycles.append('suzuki')

print(motorcycles)

最終的清單與前述示例中的清單完全相同： ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

這種建立清單的方式極其常見，因為經常要等程式運作後，你才知道使用者要在程式中存儲哪些資料。為控制使用者，可首先建立一個空清單，用于存儲使用者将要輸入的值，然後将 使用者提供的每個新值附加到清單中。

2. 在清單中插入元素

使用方法insert() 可在清單的任何位置添加新元素。為此，你需要指定新元素的索引和值。 

    motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

❶ motorcycles.insert(0, 'ducati') print(motorcycles)

在這個示例中，值'ducati' 被插入到了清單開頭（見❶）；方法insert() 在索引0 處添加空間，并将值'ducati' 存儲到這個地方。這種操作将清單中既有的每個元素都右 

移一個位置：

['ducati', 'honda', 'yamaha', 'suzuki']

3.2.3　從清單中删除元素

你經常需要從清單中删除一個或多個元素。例如，玩家将空中的一個外星人射殺後，你很可能要将其從存活的外星人清單中删除；當使用者在你建立的Web應用中登出其賬戶時， 你需要将該使用者從活躍使用者清單中删除。你可以根據位置或值來删除清單中的元素。

1. 使用del 語句删除元素

如果知道要删除的元素在清單中的位置，可使用del 語句。

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

❶ del motorcycles[0] 

print(motorcycles)

❶ 處的代碼使用del 删除了清單motorcycles 中的第一個元素——'honda' ： ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['yamaha', 'suzuki']

 使用del 可删除任何位置處的清單元素，條件是知道其索引。下例示範了如何删除前述清單中的第二個元素——'yamaha' ：

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles)

del motorcycles[1] 

print(motorcycles)

下面的輸出表明，已經将第二款機車從清單中删除了：

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['honda', 'suzuki']

在這兩個示例中，使用del 語句将值從清單中删除後，你就無法再通路它了。

2. 使用方法pop() 删除元素

有時候，你要将元素從清單中删除，并接着使用它的值。例如，你可能需要擷取剛被射殺的外星人的 x 和 y 坐标，以便在相應的位置顯示爆炸效果；在Web應用程式中，你可能 要将使用者從活躍成員清單中删除，并将其加入到非活躍成員清單中。

方法pop() 可删除清單末尾的元素，并讓你能夠接着使用它。術語彈出 （pop）源自這樣的類比：清單就像一個棧，而删除清單末尾的元素相當于彈出棧頂元素。 下面從清單motorcycles 中彈出一款機車：

❶ motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] print(motorcycles)

❷ popped_motorcycle = motorcycles.pop() ❸ print(motorcycles)

❹ print(popped_motorcycle)

我們首先定義并列印了清單motorcycles （見❶）。接下來，我們從這個清單中彈出一個值，并将其存儲到變量popped_motorcycle 中（見❷）。然後我們列印這個列 表，以核實從其中删除了一個值（見❸）。最後，我們列印彈出的值，以證明我們依然能夠通路被删除的值（見❹）。

輸出表明，清單末尾的值'suzuki' 已删除，它現在存儲在變量popped_motorcycle 中：

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

['honda', 'yamaha']

suzuki

方法pop() 是怎麼起作用的呢？假設清單中的機車是按購買時間存儲的，就可使用方法pop() 列印一條消息，指出最後購買的是哪款機車： motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

last_owned = motorcycles.pop()

print("The last motorcycle I owned was a " + last_owned.title() + ".")

輸出是一個簡單的句子，指出了最新購買的是哪款機車： The last motorcycle I owned was a Suzuki.

3. 彈出清單中任何位置處的元素

實際上，你可以使用pop() 來删除清單中任何位置的元素，隻需在括号中指定要删除的元素的索引即可。 

    motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

❶ first_owned = motorcycles.pop(0)

❷ print('The first motorcycle I owned was a ' + first_owned.title() + '.')

首先，我們彈出了清單中的第一款機車（見❶），然後列印了一條有關這輛機車的消息（見❷）。輸出是一個簡單的句子，描述了我購買的第一輛機車： The first motorcycle I owned was a Honda.

别忘了，每當你使用pop() 時，被彈出的元素就不再在清單中了。

如果你不确定該使用del 語句還是pop() 方法，下面是一個簡單的判斷标準：如果你要從清單中删除一個元素，且不再以任何方式使用它，就使用del 語句；如果你要在删除元 素後還能繼續使用它，就使用方法pop() 。

4. 根據值删除元素

有時候，你不知道要從清單中删除的值所處的位置。如果你隻知道要删除的元素的值，可使用方法remove() 。 例如，假設我們要從清單motorcycles 中删除值'ducati' 。

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati'] print(motorcycles)

❶ motorcycles.remove('ducati') print(motorcycles)

❶ 處的代碼讓Python确定'ducati' 出現在清單的什麼地方，并将該元素删除： ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

使用remove() 從清單中删除元素時，也可接着使用它的值。下面删除值'ducati' ，并列印一條消息，指出要将其從清單中删除的原因：

❶ motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

print(motorcycles)

❷ too_expensive = 'ducati'

❸ motorcycles.remove(too_expensive) print(motorcycles)

❹ print("\nA " + too_expensive.title() + " is too expensive for me.")

在❶處定義清單後，我們将值'ducati' 存儲在變量too_expensive 中（見❷）。接下來，我們使用這個變量來告訴Python将哪個值從清單中删除（見❸）。最後，

值'ducati' 已經從清單中删除，但它還存儲在變量too_expensive 中（見❹），讓我們能夠列印一條消息，指出将'ducati' 從清單motorcycles 中删除的原因：

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

A Ducati is too expensive for me.

>

注意 　方法remove() 隻删除第一個指定的值。如果要删除的值可能在清單中出現多次，就需要使用循環來判斷是否删除了所有這樣的值。你将在第7章學習如何這 

樣做。

cars.py

cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] 

❶ cars.sort()

print(cars)

方法sort() （見❶）永久性地修改了清單元素的排列順序。現在，汽車是按字母順序排列的，再也無法恢複到原來的排列順序：

['audi', 'bmw', 'subaru', 'toyota']

你還可以按與字母順序相反的順序排列清單元素，為此，隻需向sort() 方法傳遞參數reverse=True 。下面的示例将汽車清單按與字母順序相反的順序排列： cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

cars.sort(reverse=True)

print(cars)

同樣，對清單元素排列順序的修改是永久性的： ['toyota', 'subaru', 'bmw', 'audi']

3.3.2　使用函數sorted() 對清單進行臨時排序

要保留清單元素原來的排列順序，同時以特定的順序呈現它們，可使用函數sorted() 。函數sorted() 讓你能夠按特定順序顯示清單元素，同時不影響它們在清單中的原始排 

列順序。

下面嘗試對汽車清單調用這個函數。

cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

❶ print("Here is the original list:") 

print(cars)

❷ print("\nHere is the sorted list:") print(sorted(cars))

❸ print("\nHere is the original list again:") 

print(cars)

我們首先按原始順序列印清單（見❶），再按字母順序顯示該清單（見❷）。以特定順序顯示清單後，我們進行核實，确認清單元素的排列順序與以前相同（見❸）。 

    Here is the original list:

['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

Here is the sorted list:

['audi', 'bmw', 'subaru', 'toyota']

❹ Here is the original list again:

['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

注意，調用函數sorted() 後，清單元素的排列順序并沒有變（見❹）。如果你要按與字母順序相反的順序顯示清單，也可向函數sorted() 傳遞參數reverse=True 。

注意 　在并非所有的值都是小寫時，按字母順序排列清單要複雜些。決定排列順序時，有多種解讀大寫字母的方式，要指定準确的排列順序，可能比我們這裡所做的 要複雜。然而，大多數排序方式都基于本節介紹的知識。

3.3.3　倒着列印清單

要反轉清單元素的排列順序，可使用方法reverse() 。假設汽車清單是按購買時間排列的，可輕松地按相反的順序排列其中的汽車： cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

print(cars)

cars.reverse() 

print(cars)

注意，reverse() 不是指按與字母順序相反的順序排列清單元素，而隻是反轉清單元素的排列順序： ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

['subaru', 'toyota', 'audi', 'bmw']

方法reverse() 永久性地修改清單元素的排列順序，但可随時恢複到原來的排列順序，為此隻需對清單再次調用reverse() 即可。

3.3.4　确定清單的長度

使用函數len() 可快速獲悉清單的長度。在下面的示例中，清單包含4個元素，是以其長度為4： >>> cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

>>> len(cars)

4

在你需要完成如下任務時，len() 很有用：确定還有多少個外星人未被射殺，需要管理多少項可視化資料，網站有多少注冊使用者等。

注意 　Python計算清單元素數時從1開始，是以确定清單長度時，你應該不會遇到差一錯誤。

3.4　使用清單時避免索引錯誤

剛開始使用清單時，經常會遇到一種錯誤。假設你有一個包含三個元素的清單，卻要求擷取第四個元素： motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles[3])

這将導緻索引錯誤 ：

Traceback (most recent call last):

File "motorcycles.py", line 3, in <module> print(motorcycles[3])

IndexError: list index out of range

Python試圖向你提供位于索引3處的元素，但它搜尋清單motorcycles 時，卻發現索引3處沒有元素。鑒于清單索引差一的特征，這種錯誤很常見。有些人從1開始數，是以以為 第三個元素的索引為3；但在Python中，第三個元素的索引為2，因為索引是從0開始的。

索引錯誤意味着Python無法了解你指定的索引。程式發生索引錯誤時，請嘗試将你指定的索引減1，然後再次運作程式，看看結果是否正确。

别忘了，每當需要通路最後一個清單元素時，都可使用索引-1 。這在任何情況下都行之有效，即便你最後一次通路清單後，其長度發生了變化：

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

print(motorcycles[-1])

索引-1 總是傳回最後一個清單元素，這裡為值'suzuki' ： 

'suzuki'

僅當清單為空時，這種通路最後一個元素的方式才會導緻錯誤：

motorcycles = []

print(motorcycles[-1])

清單motorcycles 不包含任何元素，是以Python傳回一條索引錯誤消息：

Traceback (most recent call last):

File "motorcyles.py", line 3, in <module> print(motorcycles[-1])

IndexError: list index out of range

注意 　發生索引錯誤卻找不到解決辦法時，請嘗試将清單或其長度列印出來。清單可能與你以為的截然不同，在程式對其進行了動态處理時尤其如此。通過檢視清單 或其包含的元素數，可幫助你找出這種邏輯錯誤。