Python 进阶之高级特性(四)

这里主要讲切片、迭代、列表生成式、生成器和迭代器用法,见识一下Python的简洁,1行代码就能搞定其他语言5行代码才能实现的功能。

切片

Python 中有两种方式获取 list 或 tuple 的部分元素,一种是通过inde索引获取,一种是利用循环。

上面两种方式很常见,但是取指定索引范围内的元素以及循环很繁琐。 Python 提供了更为强大切片(Slice)操作符,能简化这种列表操作。

L = ['Michale', 'Coralline', 'Cindy', 'Jane']

# 1. 切片优化 
print('L[0:3] =', L[0:3]) # 从索引0开始取,直到索引3为止,但不包括索引3
# 若第一个索引是0,可省略
print('L[:3] =', L[:3])

# 2. 取倒数第一个元素
print('L[-1] =', L[-1])  # L[-1] = Jane
print('L[-2:] =', L[-2:])  # L[-1] = ['Cindy', 'Jane']

# 3. 倒数切片
print('L[-2:-1] =', L[-2:-1])  # 取倒数第二个: L[-2:-1] = ['Cindy']

# 4. 切片的作用体现
# 创建0-99的数列
L = list(range(100))
print('列表前10个数:', L[:10])   # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print('列表后10个数:', L[-10:])  # [90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99]
print('列表前11-20个数:', L[10:20])
print('列表前10个数中,每两个取一个:', L[:10:2]) # [0, 2, 4, 6, 8]
print('列表所有数,每五个取一个:', L[::5])
print('复制一个列表:', L[:])

# tuple 不可变的切换操作
print('tuple前3个数:', (0, 1, 2, 3, 4, 5)[:3]) # tuple前3个数: (0, 1, 2)

# 字符串 ‘xxx’ 也可看做一种list,每个元素是一个字符,切片操作后仍是字符串
print('字串前三个字符:', 'ABCDEFG'[:3])    # 'ABC'
print('每两个取一个字符:', 'ABCDEFG'[::2]) # 'ACEG'

切片对于操作字符串来说很有用,可以取字串、反转字符串等,以下用两种方式展示如何使用切片进行字符串反转:

def reverse(s):
    return s[::-1]

def reverse2(s):
    if s == '':
        return s
    else:   
        return reverse2(s[1:]) + s[0]   

print(reverse('Hello, World'))  # dlroW ,olleH
print(reverse2('Hello'))           # 递归:olleH
列表生成式

定义:即 List Comprehensions,Python内置的超强大简单的可用于创建 list的生成式。
以下面的示例代码来认识下如何使用列表生成器:

# 1. 普通创建列表方式
L0 = [1, 2, 3, 4, 5]
L1 = list(range(1, 6))
print('L1 =', L1)     # L1 = [1, 2, 3, 4, 5]

# 2. 生成1-10的平方数组成的数组。
# 一般写法:
L = []
for x in range(1, 11):
    L.append(x * x)
print('普通创建列表方法:', L)   

print('列表生成式创建列表:', [x * x for x in range(1, 11)])
print('列表生成式+条件筛选创建偶数平方数组:', [x * x for x in range(1, 11) if x % 2 == 0])
#  ['AX', 'AY', 'AZ', 'BX', 'BY', 'BZ', 'CX', 'CY', 'CZ']
print('列表生成式生成全排列:', [m + n for m in 'ABC' for n in 'XYZ'])

# 3. 列出当前目录下的所有文件和目录
import os
print('', [d for d in os.listdir('.')])

# 4. 列表生成时使用两个变量生成list
d = {'x': 'A', 'y': 'B', 'z': 'C'}
print('', [k + '=' + v for k, v in d.items()])  # ['x=A', 'y=B', 'z=C']

# 5. 把一个list中所有字符串变成小写
print('', [s.lower() for s in ['Hello', 'World', 'Apple']]) # ['hello', 'world', 'apple']

# 6. 列表中存储混合元素,但是整数没有小写方法需要先剔除
L = ['Hello', 'World', 18, 'Apple', None]
print('混合: ', [s.lower() for s in L if isinstance(s, str)]) 
# 混合 ['hello', 'world', 'apple']
生成器

在 Python 中,一边循环一边计算的机制,成为生成器。(不用创建完整list 从而节省大量空间)

创建生成器有两种方式:

  • 把一个列表生成式的 [] 改成 (),就创建了一个 generator ;
  • 若一个函数中包含 yield 关键字,那么这个函数就不再是 一个普通函数,而是一个 generator。

列表生成式 和 生成器的唯一区别是最外层的 [] 和 () ,L 是一个 list,g 是一个 generator。如下代码所示:

# 列表生成器
L = [x * x for x in range(10)]
# 生成器
G = (x * x for x in range(10))

如何使用生成器呢?也用一段代码展示:

# 生成器
G = (x * x for x in range(10))
print('Generator =', G)
# 如何打印 generator 的每一个元素呢?
print('use next() to print: ', next(G)) # 0
print('use next() to print: ', next(G)) # 1
print('use next() to print: ', next(G)) # 4
print('use next() to print: ', next(G)) # 9
print('use next() to print: ', next(G)) # 16

# 上述是通过每次调用 next(g) 计算出 g 的下一个元素的值,知道计算最后一个元素,没有更多元素时,抛错。
# 正确写法可以使用 for 循环,因为 generator 也是可迭代对象,所以需少使用 next() 方法。
for n in G:
    print(n)

# 当推算算法比较复杂时,用类似列表生成式的 for 循环无法实现时,使用函数实现 Generator。
# 如,斐波拉契数列,用列表生成式无法实现,用函数实现如下:

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print(b)
        a, b = b, a + b
        # t = (b, a + b)
        # a = t[0]
        # b = t[1]
        n = n + 1
    return 'done'
print(fib(6))

# 总结: fib 函数实际上定义了斐波拉契数列的推算规则,从第一个元素开始,推算出后续任意的元素,逻辑上很像 generator.

def fib0(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b   # generator 遍历时,每次遇到 yield就返回,再次执行时从上次返回的 yield语句处执行。
        a, b = b, a + b
        # t = (b, a + b)
        # a = t[0]
        # b = t[1]
        n = n + 1
    return 'done'
print(fib(6))


# 注: yield 说明
# 1)若一个函数定义中包含 yield 关键字,则该函数就不再是一个普通函数,而是一个 generator;
# 2)generator 和 函数执行流程不一,函数时顺序执行,遇到return就返回,
#    而变成 generator 的函数,每次调用 next() 时执行,遇到 yield 语句就中断返回,
#       再次执行时从上次返回的 yield 语句处继续执行;
# 3)一般不用 next() 一个个取值,而是使用 for 循环遍历。

def yield_test():
    print('step 1')
    yield 1
    print('step 2')
    yield 2
    print('step 3')
    yield 3

it = yield_test()
print(next(it))   # step 1   1
print(next(it))   # step 2   2
print(next(it))   # step 3   3
# print(next(it))   # 抛出异常

看了上述代码觉得 genarator 和 函数很像,那么生成器与函数有什么区别呢?

  • 函数时顺序执行,遇到 return 语句或最后一行函数语句就返回;
  • 变成 generator 的函数,每次调用 next(g) 时执行算法,遇到 yield 语句就返回,再次执行时就从上次返回的 yield 语句继续执行。
迭代

for 循环便是迭代。Python 的 for 循环不仅可用于 list 或 tuple,还可以作用在其他可迭代对象上。只要是可迭代对象,无论有无下标,均可以迭代,如 dict。
关键字:可迭代对象 Iterable .
以一张简图展示:


迭代.png
迭代器

前面说到 可迭代对象 Iterable,能制作作用于 for 循环的数据类型,这种数据类型分为两类:

  • 集合数据类型,如 list, tuple, dict, set, str 等;
  • generator,包括生成器和带 yield 的 generator function。

问题:Iterable 可迭代对象和迭代器有什么关联呢?看一下迭代器的相关说明。

定义: 可以被 next() 函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器,用 Iterator 表示迭代器。
特点:Python 的 Iterator 对象表示的是一个数据流,该对象可被 next() 函数调用并不断返回下一个数据,直到没有抛出 StopIteration 错误。

这里暂不举例说明,直接总结迭代器和可迭代对象关联点:
1)生成器都是 Iterator 对象,但 list dict str 是Iterable,却不是 Iterator;
2)将 list dict str 等 Iterable 变成 Iterator ,可以使用 iter() 函数;如:isinstance(iter([]), Iterator) = True .
3)为什么 list, dict, str 等数据类型不是 Iterator 呢?—— Iterator 的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据时才会计算;
4)Iterator 可以表示一个无限大的数据流,如全体自然数。而 list 永远不肯存储全体自然数;
5)凡是可作用于 for 循环的对象都是 Iterable 类型;凡是可作用于 next() 函数的都是 Iterator 类型,表示一个惰性计算序列。

To myself

Python 的高级特性,对于生成器这块,听说用得很多,但比较难理解,目前暂时总结到这个程度,后续深入学习再补上。

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