Day 08：【99天精通Python】列表推导式与元组 - 进阶技巧与不可变序列

前言

欢迎来到第8天！

在昨天的课程中，我们掌握了Python中最常用的数据结构——列表（List）的基础用法。你可能已经发现，用for循环来处理列表虽然直观，但有时代码会显得比较拖沓。

Python以"优雅"和"简洁"著称，今天我们将学习列表推导式，这是一种能让你用一行代码搞定复杂列表操作的"魔法"。此外，我们还将介绍列表的"孪生兄弟"——元组（Tuple），看看为什么我们需要一个"不可变"的列表。

本节内容：

• 列表推导式（List Comprehensions）
• 元组的创建与操作
• 元组的解包（Unpacking）
• 列表 vs 元组：如何选择？
• 实战练习

一、列表推导式：Pythonic的代码风格

1.1 什么是列表推导式？

列表推导式（List Comprehension）是Python提供的一种简洁的创建列表的方法。它可以将多行循环代码压缩成一行，不仅代码更少，而且执行效率往往更高。

场景对比：我们要创建一个包含1到10平方的列表。

# 普通写法（3行代码）squares=[]forxinrange(1,11):squares.append(x**2)print(squares)# [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]# 列表推导式写法（1行代码）squares=[x**2forxinrange(1,11)]print(squares)

1.2 基本语法

[expressionforiteminiterable]

• expression：对每个元素执行的操作（生成的元素）。
• item：从序列中取出的元素。
• iterable：可迭代对象（如列表、range等）。

1.3 带条件的列表推导式

我们可以在后面加上if语句进行过滤。

语法：

[expressionforiteminiterableifcondition]

示例：筛选出1到10之间的偶数，并计算它们的平方。

# 普通写法evens=[]forxinrange(1,11):ifx%2==0:evens.append(x**2)# 列表推导式evens=[x**2forxinrange(1,11)ifx%2==0]print(evens)# [4, 16, 36, 64, 100]

1.4 带if-else的列表推导式

注意：当需要else时，if语句必须放在for之前。

示例：将列表中的偶数保留，奇数变为负数。

numbers=[1,2,3,4,5]# [结果1 if 条件 else 结果2 for 变量 in 列表]new_nums=[xifx%2==0else-xforxinnumbers]print(new_nums)# [-1, 2, -3, 4, -5]

1.5 嵌套列表推导式

推导式也可以嵌套，用于处理二维列表。

示例：将一个 3x3 的矩阵展平为一维列表。

matrix=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]# 普通写法flattened=[]forrowinmatrix:fornuminrow:flattened.append(num)# 推导式写法flattened=[numforrowinmatrixfornuminrow]print(flattened)# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

注意：虽然列表推导式很强大，但如果逻辑过分复杂（超过两层循环或复杂判断），为了代码的可读性，建议还是使用普通的for循环。

二、元组（Tuple）：不可变的列表

2.1 什么是元组？

元组与列表非常相似，它们都是有序的元素集合。最大的区别在于：元组是不可变的（Immutable）。一旦创建，就不能修改（不能增、删、改元素）。

元组使用小括号()表示。

2.2 创建元组

# 创建多个元素的元组t1=(1,2,3)t2=("a","b","c")t3=(1,"hello",3.14)# 混合类型# 省略括号（Python会自动打包）t4=1,2,3print(type(t4))# <class 'tuple'># 创建空元组empty=()# 【重要】创建只有一个元素的元组（必须加逗号）single_wrong=(1)# 这是整数 1single_right=(1,)# 这是元组 (1,)print(type(single_wrong))# <class 'int'>print(type(single_right))# <class 'tuple'>

2.3 访问元组

访问方式与列表完全一致（索引和切片）。

fruits=("苹果","香蕉","橙子","葡萄")print(fruits[0])# 苹果print(fruits[-1])# 葡萄print(fruits[1:3])# ('香蕉', '橙子')

2.4 元组的不可变性

t=(1,2,3)# 尝试修改会报错# t[0] = 10 # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment# 尝试添加/删除也会报错# t.append(4) # AttributeError# del t[0] # TypeError

特例：如果元组中包含可变对象（如列表），那么这个列表的内容是可以修改的。

t_mutable=(1,2,["a","b"])t_mutable[2][0]="X"print(t_mutable)# (1, 2, ['X', 'b']) -> 元组本身没变（引用的地址没变），但引用的列表内容变了

三、元组的黑科技：打包与解包

3.1 序列解包（Unpacking）

我们可以将元组（或列表）中的元素一次性赋值给多个变量。

coordinates=(10,20)# 解包x,y=coordinatesprint(x)# 10print(y)# 20# 变量交换（利用解包原理）a=1b=2a,b=b,aprint(a,b)# 2 1

3.2 使用*处理剩余元素

如果变量数量少于元素数量，可以使用*收集剩余元素（结果为列表）。

numbers=(1,2,3,4,5)# 获取首尾，中间打包head,*middle,tail=numbersprint(head)# 1print(middle)# [2, 3, 4]print(tail)# 5# 只获取前两个a,b,*rest=numbersprint(a,b)# 1 2print(rest)# [3, 4, 5]

四、列表 vs 元组

什么时候用元组？

1. 数据保护：如果你传递一组数据给函数，且不希望函数修改它，用元组。
2. 作为字典的键：列表不能做字典的键（因为可变），但元组可以。
3. 函数返回值：函数返回多个值时，本质上是返回一个元组。

五、实战练习

练习1：列表推导式练手

使用列表推导式完成以下任务：

1. 生成一个包含 1 到 20 之间所有能被 3 整除的数的列表。
2. 有一个名字列表names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"]，生成一个新列表，包含每个名字的长度。

# 1. 被3整除nums=[xforxinrange(1,21)ifx%3==0]print(nums)# [3, 6, 9, 12, 15, 18]# 2. 名字长度names=["Alice","Bob","Charlie","David"]name_lengths=[len(name)fornameinnames]print(name_lengths)# [5, 3, 7, 5]

练习2：成绩分析（元组应用）

学生成绩以元组形式存储：(姓名, 分数)。
请筛选出及格（>=60）的学生姓名。

students=[("小明",85),("小红",59),("小刚",90),("小强",55)]# 使用列表推导式 + 解包passed_names=[nameforname,scoreinstudentsifscore>=60]print(passed_names)# ['小明', '小刚']

练习3：找出两个列表的共同元素

使用列表推导式找出两个列表中都存在的元素。

list1=[1,2,3,4,5]list2=[4,5,6,7,8]common=[xforxinlist1ifxinlist2]print(common)# [4, 5]

六、常见问题

Q1：元组只有一个元素时为什么要加逗号？

Python中的小括号()既用于元组，也用于数学运算优先级（如(1+2)*3）。如果不加逗号，Python会默认将其解析为数学运算括号或普通对象，而不是元组。

Q2：列表推导式一定会比for循环快吗？

在大多数情况下，列表推导式比等效的for循环要快，因为它是底层的C语言实现的优化。但是，如果逻辑极其复杂，推导式可能会牺牲可读性。可读性优先是Python的哲学。

七、小结

关键要点：

1. 列表推导式是用一行代码生成列表的利器。
2. 元组是不可变的列表，创建单元素元组记得加逗号(1,)。
3. 解包允许我们将序列快速赋值给多个变量，*可以收集剩余元素。
4. 在数据不需要修改的场景下，优先选择元组。

八、课后作业

1. 筛选单词：给定一个句子字符串，将其转换为单词列表，然后使用列表推导式筛选出长度大于3的单词。
   • 输入：“Python is an amazing language”
   • 输出：[‘Python’, ‘amazing’, ‘language’]
2. 元组统计：创建一个包含20个随机整数（1-10）的元组，统计数字 5 出现了多少次，并找出它第一次出现的索引。
3. 坐标转换：有一个包含多个坐标元组的列表points = [(1, 2), (3, 4), (5, 6)]，请使用列表推导式生成一个新的列表，其中每个坐标的 x 和 y 互换位置（即变为[(2, 1), (4, 3), (6, 5)]）。

下节预告

Day 09：字典（Dictionary）- Python中最强大的键值对存储结构，我们将解锁数据查询的新姿势！

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