1.5　列表

1.4节对比了几种数据序列的特点，包括列表、元组、集合和字典，本节和1.6节将会详细介绍这几种数据序列的使用方法。

相比于元组，列表的元素具有可变性，因此列表既要存储元素数值，还要存储相应的指针，另外也要为可变元素预留存储空间，这导致列表需要有较大内存。而元组虽然不具有可变性，但是却大大节省内存，访问元素的运算速度也远远快于列表。

以下代码的运行结果对比了列表和元组的运算速度和存储空间。读者在试运行以下代码时请耐心地等候计算结果。在作者的电脑上运行时，使用列表需要223秒才结束整个运算，而元组只需要100秒左右就完成了整个运算，因此元组有着很明显的运算优势。

表1-11对比了列表和元组在表示形式上的不同之处。列表的创建需要使用方括号“[]”，而元组的创建需要使用圆括号“（）”。列表共有46种内建 方法 （method），而元组有33种。此外，列表中的元素不能被用来创建字典的 键 （key），而元组中的元素可以被用来创建字典的键。

表1-12列出了一些列表常用的方法，这包括添加元素方法insert（）、append（）、extend（）；删除清空数据方法remove（）、clear（）、pop（），排序和统计方法sort（）和count（），等等。此外，reverse（）方法可以将列表中的元素逆向排序。其中remove（）、count（）和index（）方法均需提供要删除／统计／查找序号的数据subdataset。表1-12中的A表示某一列表。

以下代码展示了如何使用insert（）、append（）和extend（）方法。例如，代码中的aList.insert（3,2009）表示在列表aList索引值为3的位置插入数字2009，也就是说在列表的第四个位置插入数字2009。

extend（）方法和append（）方法均可以将另一个列表中的元素添加到某一列表的末尾，但两者是有区别的。如图1-27所示对比了两者的区别，使用A.extend（B）时，B列表是以数据元素的方式被追加到列表A的末尾，追加后，列表A的维数不变。而使用A.append（B）时，B是以列表的形式追加到列表A的末尾，构成嵌套列表。

pop（）和remove（）用于删除列表中的元素。“pop”有匆匆或突然离开的意思，而“remove”是移除的意思。这两个方法最大的不同是，pop（）方法需要给定待删除的元素的索引值，而remove（）方法则需要给定待删除的元素具体的值。

需要删除某一索引位置处的元素，可以用pop（index）实现，如果未指定索引，即圆括号内为空，则默认删除列表的最后一个元素。此外，使用pop（）方法后，被删除的元素的值会被返回。而remove（）方法圆括号中需要给定待删除的元素，并且这个方法不返回任何值。另外，还有一种删除列表元素的方式是使用关键字del，del是delete的缩写，del不是一个函数或者方法，使用的方式是“del t[1]”，如以下的代码所示。

列表中常用的统计类方法包括index（）和count（）等，其中圆括号中是待分析的subdataset。index（）方法和count（）方法可以分别返回其所在的索引和在列表中出现的次数。另外，min（）和max（）虽然不是列表的方法，但可以用来返回列表中数值的最小值和最大值。具体使用方式见如下代码。

Python提供了多种方法创建列表，其中 列表推导式 （list comprehension）是一种简捷的列表生成方式。如图1-28所示，列表推导式中for循环和if条件语句的搭配使用使得列表的创建非常简捷。另外，列表推导式中是没有逗号的。

以下代码展示了几个使用列表推导式的例子。

此外，用户在创建列表时，往往有着特定的列表元素生成规则。这些规则常常通过函数实现。Python提供了 匿名函数 （anonymous function）用于列表元素的生成，正如匿名函数的名字所示，在创建和使用匿名函数时，不需要定义和提供函数的名字而是通过关键字lambda实现。用户使用关键字lambda生成数列后，还需要进一步使用映射函数map（）或者过滤函数filter（）来最终得到列表的元素。如图1-29所示，使用匿名函数创建列表等效于使用def（）函数创建列表，且更为简捷。

以下例子对比了使用匿名函数和显式函数创建列表的不同，显然使用匿名函数的代码更加简洁。

代码的运行结果如下所示。

[59.0, 68.0, 77.0, 86.0]
[59.0, 68.0, 77.0, 86.0]

前面例子展示的是使用匿名函数lambda（）和显式函数map（）组合的匿名函数来创建列表。此外，lambda（）函数和filter（）函数常常搭配使用，过滤并保留列表中只符合特定规则的元素。这种结构包含两种形式， 完整形式 （full form）和 简化形式 （simplified form），如图1-30所示。若数据序列对象array中的某一数据能使得过滤函数filter_expression（）为true时，这个数据得以保留，成为待创建列表的元素，反之，这个数据则会被过滤掉。简化形式可以实现同样的功能。读者可以根据各人喜好选择。

以下代码对比了使用lambda（）和filter（）过滤函数搭配匿名函数和显式过滤函数在生成列表时的不同。显然，匿名过滤函数定义列表元素的方式更加简洁。

此外，列表推导式还可以使用双for循环列表推导式来生成元素。在双for循环中的两个循环变量均出现在表达式expression中，如图1-31所示。

以下代码展示了一个使用双for循环列表推导式的例子。

矩阵运算是数值运算中非常重要的一部分。 矩阵 （matrix）又称作多维 数组 （array），Python提供了一种基本的采用列表生成矩阵的方法，这种方法是通过列表的多层嵌套来实现。然而，这种嵌套列表常常只是用于表示多维数组，在实际应用过程中，很难进行常用的矩阵运算，如矩阵乘法（如图1-32所示）。对于矩阵和多维数组的运算，推荐使用Python的第三方库NumPy来实现，本书后面章节会对Numpy矩阵作详细讲述。