Python List：如何高效存儲和操作數據

一、List簡介

List是一種有序、可變的數據類型，用於存儲一組元素。元素可以是不同的數據類型，如數字、字元串、列表等。在Python中，List用中括弧（[ ]）表示。

>>> lst1 = [1, 2, 3, 'a', 'b', 'c', [4, 5, 6]]
>>> print(lst1)
[1, 2, 3, 'a', 'b', 'c', [4, 5, 6]]

List的索引從0開始，可以用下標（[ ]）獲取其中的元素。

>>> print(lst1[0])
1
>>> print(lst1[6][1])
5

使用len()函數可以獲取List中元素的個數。

>>> print(len(lst1))
7

二、List的基本操作

1. 添加元素

List中添加元素的操作有兩種，在末尾添加元素使用append()方法，在指定位置插入元素使用insert()方法。

>>> lst2 = [1, 2, 3]
>>> lst2.append(4)
>>> print(lst2)
[1, 2, 3, 4]

>>> lst2.insert(1, 'a')
>>> print(lst2)
[1, 'a', 2, 3, 4]

2. 刪除元素

List中刪除元素的操作有三種，使用remove()方法刪除指定元素，使用pop()方法刪除指定位置的元素，使用del語句刪除指定位置的元素。

>>> lst3 = [1, 2, 3, 'a', 'b', 'c']
>>> lst3.remove(2)
>>> print(lst3)
[1, 3, 'a', 'b', 'c']

>>> lst3.pop(1)
>>> print(lst3)
[1, 'a', 'b', 'c']

>>> del lst3[0]
>>> print(lst3)
['a', 'b', 'c']

3. 修改元素

List中修改元素的操作是直接使用下標（[ ]）對元素進行賦值。

>>> lst4 = [1, 2, 3]
>>> lst4[1] = 'a'
>>> print(lst4)
[1, 'a', 3]

三、List的高級操作

1. 列表推導式

列表推導式是用於從一個List中生成一個新的List的方法，它使用一種類似於數學中集合的寫法。

# 生成1到10的平方
>>> lst5 = [x ** 2 for x in range(1, 11)]
>>> print(lst5)
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

2. 切片

切片是一種提取List中部分元素的操作，它使用[start:end:step]的形式指定要提取的元素。其中start表示起始位置（默認為0），end表示結束位置（默認為List長度），step表示步長（默認為1）。

>>> lst6 = [1, 2, 3, 4, 5]
# 提取第2到第4個元素
>>> print(lst6[1:4])
[2, 3, 4]

# 從第2個元素開始，每隔一個元素提取一個元素
>>> print(lst6[1::2])
[2, 4]

3. 排序

List中的元素可以使用sort()方法進行排序，sort()方法有兩種排序方式：從小到大排序以及從大到小排序。

>>> lst7 = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5]
# 從小到大排序
>>> lst7.sort()
>>> print(lst7)
[1, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 9]

# 從大到小排序
>>> lst7.sort(reverse=True)
>>> print(lst7)
[9, 6, 5, 5, 4, 3, 2, 1, 1]

四、List的應用場景

List在Python中是一種非常常見的數據類型，它在很多地方都有廣泛的應用。以下是幾個常見的應用場景：

1. 數據存儲

List可以很方便地存儲一組數據，如一個班級的學生信息、一家公司的員工信息等。

students = [
    {'name': 'Alice', 'age': 18, 'gender': 'F'},
    {'name': 'Bob', 'age': 20, 'gender': 'M'},
    {'name': 'Charlie', 'age': 22, 'gender': 'M'}
]

for student in students:
    print('{} is a {} year old {}.'.format(student['name'], student['age'], student['gender']))

2. 數據處理

List可以用於各種數據處理場景，如元素去重、列表合併、列表過濾等。

# 列表去重
lst8 = [1, 2, 3, 2, 1, 4]
lst8 = list(set(lst8))
print(lst8)

# 列表合併
lst9 = [1, 2, 3]
lst10 = [4, 5, 6]
lst11 = lst9 + lst10
print(lst11)

# 列表過濾
lst12 = [1, 2, 3, 4, 5]
lst12 = [x for x in lst12 if x % 2 == 0]
print(lst12)

3. 演算法實現

在演算法實現中，List通常被用作存儲一組數據或中間結果的容器。

# 實現冒泡排序
def bubble_sort(lst):
    for i in range(len(lst) - 1):
        for j in range(len(lst) - i - 1):
            if lst[j] > lst[j + 1]:
                lst[j], lst[j + 1] = lst[j + 1], lst[j]

lst13 = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5]
bubble_sort(lst13)
print(lst13)

五、結語

本文介紹了List的基本操作和高級操作，以及其在數據存儲、數據處理和演算法實現中的應用場景。掌握List的使用，可以使得我們在Python編程過程中更加高效和便捷。