Python 列表(List)

Python 列表(List) 全面指南

列表(List)是Python中最常用的数据结构之一，它是一个有序、可变的元素集合，可以包含不同类型的元素。

1. 列表创建

# 空列表
empty_list = []
empty_list = list()

# 包含元素的列表
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]  # 可以包含不同类型
nested = [[1, 2], [3, 4]]  # 嵌套列表

# 使用list()构造函数
chars = list("Python")  # ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']

2. 列表基本操作

访问元素

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
print(fruits[0])   # 'apple' (正向索引，从0开始)
print(fruits[-1])  # 'cherry' (负向索引，-1表示最后一个)

切片操作

numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(numbers[2:5])    # [2, 3, 4] (索引2到4)
print(numbers[:3])     # [0, 1, 2] (开始到索引2)
print(numbers[6:])     # [6, 7, 8, 9] (索引6到末尾)
print(numbers[::2])    # [0, 2, 4, 6, 8] (步长为2)
print(numbers[::-1])   # [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] (反转列表)

修改列表

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
fruits[1] = 'blueberry'  # 修改第二个元素
print(fruits)  # ['apple', 'blueberry', 'cherry']

3. 列表常用方法

添加元素

fruits = ['apple', 'banana']
fruits.append('orange')      # 末尾添加: ['apple', 'banana', 'orange']
fruits.insert(1, 'pear')    # 指定位置插入: ['apple', 'pear', 'banana', 'orange']
fruits.extend(['grape', 'kiwi'])  # 合并列表: ['apple', 'pear', 'banana', 'orange', 'grape', 'kiwi']

删除元素

fruits = ['apple', 'pear', 'banana', 'orange', 'grape']
removed = fruits.pop(1)      # 删除并返回索引1的元素('pear')
fruits.remove('banana')      # 删除第一个匹配的'banana'
del fruits[0]                # 删除索引0的元素
fruits.clear()               # 清空列表: []

查找和统计

nums = [1, 2, 3, 2, 4, 2]
print(nums.index(2))        # 1 (第一个2的索引)
print(nums.count(2))        # 3 (2出现的次数)
print(3 in nums)           # True (成员检查)

排序和反转

nums = [3, 1, 4, 1, 5, 9]
nums.sort()                # 原地排序: [1, 1, 3, 4, 5, 9]
nums.sort(reverse=True)    # 降序排序: [9, 5, 4, 3, 1, 1]
nums.reverse()             # 反转列表: [1, 1, 3, 4, 5, 9]

# 获取排序后的新列表(不改变原列表)
sorted_nums = sorted(nums)

4. 列表复制

original = [1, 2, 3]
shallow_copy = original.copy()  # 或 list(original) 或 original[:]
shallow_copy[0] = 99
print(original)  # [1, 2, 3] (原列表未改变)

# 注意嵌套列表的深拷贝
import copy
deep_list = [[1, 2], [3, 4]]
deep_copy = copy.deepcopy(deep_list)

5. 列表推导式

# 创建平方数列表
squares = [x**2 for x in range(10)]
# [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 带条件的列表推导式
even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
# [0, 4, 16, 36, 64]

# 嵌套列表推导式
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
flat = [num for row in matrix for num in row]
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

6. 列表与函数

map() 和 filter()

nums = [1, 2, 3, 4, 5]
doubled = list(map(lambda x: x * 2, nums))  # [2, 4, 6, 8, 10]
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, nums))  # [2, 4]

zip()

names = ['Alice', 'Bob', 'Charlie']
ages = [25, 30, 35]
combined = list(zip(names, ages))  # [('Alice', 25), ('Bob', 30), ('Charlie', 35)]

7. 列表性能考虑

时间复杂度：
- 索引访问：O(1)
- 末尾追加：O(1)
- 插入/删除：O(n)
替代选择：
- 频繁插入/删除：考虑 collections.deque
- 数值计算：使用 array 模块或 NumPy 数组

8. 实际应用示例

矩阵转置

matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
transpose = [[row[i] for row in matrix] for i in range(3)]
# [[1, 4, 7], [2, 5, 8], [3, 6, 9]]

列表去重

duplicates = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique = list(set(duplicates))  # [1, 2, 3, 4, 5] (顺序可能改变)
unique_ordered = sorted(set(duplicates), key=duplicates.index)  # 保持原顺序

列表分块

def chunk_list(lst, size):
    return [lst[i:i+size] for i in range(0, len(lst), size)]

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
print(chunk_list(numbers, 3))  # [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7]]

9. 常见错误

索引越界

lst = [1, 2, 3]
# print(lst[3])  # IndexError

修改迭代中的列表

# 错误方式
lst = [1, 2, 3, 4]
# for item in lst:
#     if item % 2 == 0:
#         lst.remove(item)  # 会导致意外结果
   
# 正确方式
lst = [x for x in lst if x % 2 != 0]

浅拷贝问题

original = [[1, 2], [3, 4]]
copy = original.copy()
copy[0][0] = 99
print(original)  # [[99, 2], [3, 4]] (原列表也被修改)

总结

Python列表是功能强大且灵活的数据结构，具有以下特点：

有序集合：元素保持插入顺序
可变：可以修改、添加和删除元素
异构：可以包含不同类型的元素
动态大小：自动调整内存分配

掌握列表操作是Python编程的基础，对于数据处理、算法实现和各种应用开发都至关重要。列表推导式等高级特性可以让代码更加简洁高效。