使用字串
第二次世界大戰促使了現代電子計算機的誕生，當初的想法很簡單，就是用計算機來計算導彈的彈道，因此在計算機剛剛誕生的那個年代，計算機處理的資訊主要是數值，而世界上的第一臺電子計算機ENIAC每秒鐘能夠完成約5000次浮點運算。隨著時間的推移，雖然對數值運算仍然是計算機日常工作中最為重要的事情之一，但是今天的計算機處理得更多的資料都是以文字資訊的方式存在的，而Python表示文字資訊的方式我們在很早以前就說過了，那就是字串型別。所謂字串，就是由零個或多個字元組成的有限序列，一般記為$${\displaystyle s=a_{1}a_{2}\dots a_{n}(0\leq n \leq \infty)}$$。
我們可以通過下面的程式碼來了解字串的使用。
def main():
str1 = 'hello, world!'
# 通過len函式計算字串的長度
print(len(str1)) # 13
# 獲得字串首字母大寫的拷貝
print(str1.capitalize()) # Hello, world!
# 獲得字串變大寫後的拷貝
print(str1.upper()) # HELLO, WORLD!
# 從字串中查詢子串所在位置
print(str1.find('or')) # 8
print(str1.find('shit')) # -1
# 與find類似但找不到子串時會引發異常
# print(str1.index('or'))
# print(str1.index('shit'))
# 檢查字串是否以指定的字串開頭
print(str1.startswith('He')) # False
print(str1.startswith('hel')) # True
# 檢查字串是否以指定的字串結尾
print(str1.endswith('!')) # True
# 將字串以指定的寬度居中並在兩側填充指定的字元
print(str1.center(50, '*'))
# 將字串以指定的寬度靠右放置左側填充指定的字元
print(str1.rjust(50, ' '))
str2 = 'abc123456'
# 從字串中取出指定位置的字元(下標運算)
print(str2[2]) # c
# 字串切片(從指定的開始索引到指定的結束索引)
print(str2[2:5]) # c12
print(str2[2:]) # c123456
print(str2[2::2]) # c246
print(str2[::2]) # ac246
print(str2[::-1]) # 654321cba
print(str2[-3:-1]) # 45
# 檢查字串是否由數字構成
print(str2.isdigit()) # False
# 檢查字串是否以字母構成
print(str2.isalpha()) # False
# 檢查字串是否以數字和字母構成
print(str2.isalnum()) # True
str3 = ' jackfrued@126.com '
print(str3)
# 獲得字串修剪左右兩側空格的拷貝
print(str3.strip())
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼除了字串，Python還內建了多種型別的資料結構，如果要在程式中儲存和運算元據，絕大多數時候可以利用現有的資料結構來實現，最常用的包括列表、元組、集合和字典。
使用列表
下面的程式碼演示瞭如何定義列表、使用下標訪問列表元素以及新增和刪除元素的操作。
def main():
list1 = [1, 3, 5, 7, 100]
print(list1)
list2 = ['hello'] * 5
print(list2)
# 計算列表長度(元素個數)
print(len(list1))
# 下標(索引)運算
print(list1[0])
print(list1[4])
# print(list1[5]) # IndexError: list index out of range
print(list1[-1])
print(list1[-3])
list1[2] = 300
print(list1)
# 新增元素
list1.append(200)
list1.insert(1, 400)
list1 += [1000, 2000]
print(list1)
print(len(list1))
# 刪除元素
list1.remove(3)
if 1234 in list1:
list1.remove(1234)
del list1[0]
print(list1)
# 清空列表元素
list1.clear()
print(list1)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼和字串一樣，列表也可以做切片操作，通過切片操作我們可以實現對列表的複製或者將列表中的一部分取出來建立出新的列表，程式碼如下所示。
def main():
fruits = ['grape', 'apple', 'strawberry', 'waxberry']
fruits += ['pitaya', 'pear', 'mango']
# 迴圈遍歷列表元素
for fruit in fruits:
print(fruit.title(), end=' ')
print()
# 列表切片
fruits2 = fruits[1:4]
print(fruits2)
# fruit3 = fruits # 沒有複製列表只建立了新的引用
# 可以通過完整切片操作來複制列表
fruits3 = fruits[:]
print(fruits3)
fruits4 = fruits[-3:-1]
print(fruits4)
# 可以通過反向切片操作來獲得倒轉後的列表的拷貝
fruits5 = fruits[::-1]
print(fruits5)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼下面的程式碼實現了對列表的排序操作。
def main():
list1 = ['orange', 'apple', 'zoo', 'internationalization', 'blueberry']
list2 = sorted(list1)
# sorted函式返回列表排序後的拷貝不會修改傳入的列表
# 函式的設計就應該像sorted函式一樣儘可能不產生副作用
list3 = sorted(list1, reverse=True)
# 通過key關鍵字引數指定根據字串長度進行排序而不是預設的字母表順序
list4 = sorted(list1, key=len)
print(list1)
print(list2)
print(list3)
print(list4)
# 給列表物件發出排序訊息直接在列表物件上進行排序
list1.sort(reverse=True)
print(list1)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼我們還可以使用列表的生成式語法來建立列表，程式碼如下所示。
import sys
def main():
f = [x for x in range(1, 10)]
print(f)
f = [x + y for x in 'ABCDE' for y in '1234567']
print(f)
# 用列表的生成表示式語法建立列表容器
# 用這種語法建立列表之後元素已經準備就緒所以需要耗費較多的記憶體空間
f = [x ** 2 for x in range(1, 1000)]
print(sys.getsizeof(f)) # 檢視物件佔用記憶體的位元組數
print(f)
# 請注意下面的程式碼建立的不是一個列表而是一個生成器物件
# 通過生成器可以獲取到資料但它不佔用額外的空間儲存資料
# 每次需要資料的時候就通過內部的運算得到資料(需要花費額外的時間)
f = (x ** 2 for x in range(1, 1000))
print(sys.getsizeof(f)) # 相比生成式生成器不佔用儲存資料的空間
print(f)
for val in f:
print(val)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼除了上面提到的生成器語法，Python中還有另外一種定義生成器的方式，就是通過yield關鍵字將一個普通函式改造成生成器函式。下面的程式碼演示瞭如何實現一個生成斐波拉切數列的生成器。所謂斐波拉切數列可以通過下面遞迴的方法來進行定義：
$${\displaystyle F_{0}=0}$$
$${\displaystyle F_{1}=1}$$
$${\displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}}({n}\geq{2})$$
def fib(n):
a, b = 0, 1
for _ in range(n):
a, b = b, a + b
yield a
def main():
for val in fib(20):
print(val)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼使用元組
Python 的元組與列表類似，不同之處在於元組的元素不能修改，在前面的程式碼中我們已經不止一次使用過元組了。顧名思義，我們把多個元素組合到一起就形成了一個元組，所以它和列表一樣可以儲存多條資料。下面的程式碼演示瞭如何定義和使用元組。
def main():
# 定義元組
t = ('駱昊', 38, True, '四川成都')
print(t)
# 獲取元組中的元素
print(t[0])
print(t[3])
# 遍歷元組中的值
for member in t:
print(member)
# 重新給元組賦值
# t[0] = '王大錘' # TypeError
# 變數t重新引用了新的元組原來的元組將被垃圾回收
t = ('王大錘', 20, True, '雲南昆明')
print(t)
# 將元組轉換成列表
person = list(t)
print(person)
# 列表是可以修改它的元素的
person[0] = '李小龍'
person[1] = 25
print(person)
# 將列表轉換成元組
fruits_list = ['apple', 'banana', 'orange']
fruits_tuple = tuple(fruits_list)
print(fruits_tuple)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼這裡有一個非常值得探討的問題，我們已經有了列表這種資料結構，為什麼還需要元組這樣的型別呢？
- 元組中的元素是無法修改的，事實上我們在專案中尤其是多執行緒環境（後面會講到）中可能更喜歡使用的是那些不變物件（一方面因為物件狀態不能修改，所以可以避免由此引起的不必要的程式錯誤，簡單的說就是一個不變的物件要比可變的物件更加容易維護；另一方面因為沒有任何一個執行緒能夠修改不變物件的內部狀態，一個不變物件自動就是執行緒安全的，這樣就可以省掉處理同步化的開銷。一個不變物件可以方便的被共享訪問）。所以結論就是：如果不需要對元素進行新增、刪除、修改的時候，可以考慮使用元組，當然如果一個方法要返回多個值，使用元組也是不錯的選擇。
- 元組在建立時間和佔用的空間上面都優於列表。我們可以使用sys模組的getsizeof函式來檢查儲存同樣的元素的元組和列表各自佔用了多少記憶體空間，這個很容易做到。我們也可以在ipython中使用魔法指令%timeit來分析建立同樣內容的元組和列表所花費的時間，下圖是我的macOS系統上測試的結果。
使用集合
Python中的集合跟數學上的集合是一致的，不允許有重複元素，而且可以進行交集、並集、差集等運算。
def main():
set1 = {1, 2, 3, 3, 3, 2}
print(set1)
print('Length =', len(set1))
set2 = set(range(1, 10))
print(set2)
set1.add(4)
set1.add(5)
set2.update([11, 12])
print(set1)
print(set2)
set2.discard(5)
# remove的元素如果不存在會引發KeyError
if 4 in set2:
set2.remove(4)
print(set2)
# 遍歷集合容器
for elem in set2:
print(elem ** 2, end=' ')
print()
# 將元組轉換成集合
set3 = set((1, 2, 3, 3, 2, 1))
print(set3.pop())
print(set3)
# 集合的交集、並集、差集、對稱差運算
print(set1 & set2)
# print(set1.intersection(set2))
print(set1 | set2)
# print(set1.union(set2))
print(set1 - set2)
# print(set1.difference(set2))
print(set1 ^ set2)
# print(set1.symmetric_difference(set2))
# 判斷子集和超集
print(set2 <= set1)
# print(set2.issubset(set1))
print(set3 <= set1)
# print(set3.issubset(set1))
print(set1 >= set2)
# print(set1.issuperset(set2))
print(set1 >= set3)
# print(set1.issuperset(set3))
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼說明：Python中允許通過一些特殊的方法來為某種型別或資料結構自定義運算子（後面的章節中會講到），上面的程式碼中我們對集合進行運算的時候可以呼叫集合物件的方法，也可以直接使用對應的運算子，例如
&運算子跟intersection方法的作用就是一樣的，但是使用運算子讓程式碼更加直觀。
使用字典
字典是另一種可變容器模型，類似於我們生活中使用的字典，它可以儲存任意型別物件，與列表、集合不同的是，字典的每個元素都是由一個鍵和一個值組成的“鍵值對”，鍵和值通過冒號分開。下面的程式碼演示瞭如何定義和使用字典。
def main():
scores = {'駱昊': 95, '白元芳': 78, '狄仁傑': 82}
# 通過鍵可以獲取字典中對應的值
print(scores['駱昊'])
print(scores['狄仁傑'])
# 對字典進行遍歷(遍歷的其實是鍵再通過鍵取對應的值)
for elem in scores:
print('%s\t--->\t%d' % (elem, scores[elem]))
# 更新字典中的元素
scores['白元芳'] = 65
scores['諸葛王朗'] = 71
scores.update(冷麵=67, 方啟鶴=85)
print(scores)
if '武則天' in scores:
print(scores['武則天'])
print(scores.get('武則天'))
# get方法也是通過鍵獲取對應的值但是可以設定預設值
print(scores.get('武則天', 60))
# 刪除字典中的元素
print(scores.popitem())
print(scores.popitem())
print(scores.pop('駱昊', 100))
# 清空字典
scores.clear()
print(scores)
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼練習
練習1：在螢幕上顯示跑馬燈文字
import os
import time
def main():
content = '北京歡迎你為你開天闢地…………'
while True:
# 清理螢幕上的輸出
os.system('cls') # os.system('clear')
print(content)
# 休眠200毫秒
time.sleep(0.2)
content = content[1:] + content[0]
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼練習2：設計一個函式產生指定長度的驗證碼，驗證碼由大小寫字母和數字構成。
import random
def generate_code(code_len=4):
"""
生成指定長度的驗證碼
:param code_len: 驗證碼的長度(預設4個字元)
:return: 由大小寫英文字母和數字構成的隨機驗證碼
"""
all_chars = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
last_pos = len(all_chars) - 1
code = ''
for _ in range(code_len):
index = random.randint(0, last_pos)
code += all_chars[index]
return code複製程式碼練習3：設計一個函式返回給定檔名的字尾名。
def get_suffix(filename, has_dot=False):
"""
獲取檔名的字尾名
:param filename: 檔名
:param has_dot: 返回的字尾名是否需要帶點
:return: 檔案的字尾名
"""
pos = filename.rfind('.')
if 0 < pos < len(filename) - 1:
index = pos if has_dot else pos + 1
return filename[index:]
else:
return ''複製程式碼練習4：設計一個函式返回傳入的列表中最大和第二大的元素的值。
def max2(x):
m1, m2 = (x[0], x[1]) if x[0] > x[1] else (x[1], x[0])
for index in range(2, len(x)):
if x[index] > m1:
m2 = m1
m1 = x[index]
elif x[index] > m2:
m2 = x[index]
return m1, m2複製程式碼練習5：計算指定的年月日是這一年的第幾天
def is_leap_year(year):
"""
判斷指定的年份是不是閏年
:param year: 年份
:return: 閏年返回True平年返回False
"""
return year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or year % 400 == 0
def which_day(year, month, date):
"""
計算傳入的日期是這一年的第幾天
:param year: 年
:param month: 月
:param date: 日
:return: 第幾天
"""
days_of_month = [
[31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31],
[31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]
][is_leap_year(year)]
total = 0
for index in range(month - 1):
total += days_of_month[index]
return total + date
def main():
print(which_day(1980, 11, 28))
print(which_day(1981, 12, 31))
print(which_day(2018, 1, 1))
print(which_day(2016, 3, 1))
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼練習6：列印楊輝三角。
def main():
num = int(input('Number of rows: '))
yh = [[]] * num
for row in range(len(yh)):
yh[row] = [None] * (row + 1)
for col in range(len(yh[row])):
if col == 0 or col == row:
yh[row][col] = 1
else:
yh[row][col] = yh[row - 1][col] + yh[row - 1][col - 1]
print(yh[row][col], end='\t')
print()
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼綜合案例
案例1：雙色球選號
from random import randrange, randint, sample
def display(balls):
"""
輸出列表中的雙色球號碼
"""
for index, ball in enumerate(balls):
if index == len(balls) - 1:
print('|', end=' ')
print('%02d' % ball, end=' ')
print()
def random_select():
"""
隨機選擇一組號碼
"""
red_balls = [x for x in range(1, 34)]
selected_balls = []
selected_balls = sample(red_balls, 6)
selected_balls.sort()
selected_balls.append(randint(1, 16))
return selected_balls
def main():
n = int(input('機選幾注: '))
for _ in range(n):
display(random_select())
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼說明：上面使用random模組的sample函式來實現從列表中選擇不重複的n個元素。
綜合案例2：約瑟夫環問題
"""
《幸運的基督徒》
有15個基督徒和15個非基督徒在海上遇險，為了能讓一部分人活下來不得不將其中15個人扔到海里面去，有個人想了個辦法就是大家圍成一個圈，由某個人開始從1報數，報到9的人就扔到海里面，他後面的人接著從1開始報數，報到9的人繼續扔到海里面，直到扔掉15個人。由於上帝的保佑，15個基督徒都倖免於難，問這些人最開始是怎麼站的，哪些位置是基督徒哪些位置是非基督徒。
"""
def main():
persons = [True] * 30
counter, index, number = 0, 0, 0
while counter < 15:
if persons[index]:
number += 1
if number == 9:
persons[index] = False
counter += 1
number = 0
index += 1
index %= 30
for person in persons:
print('基' if person else '非', end='')
if __name__ == '__main__':
main()
複製程式碼綜合案例3：井字棋遊戲
import os
def print_board(board):
print(board['TL'] + '|' + board['TM'] + '|' + board['TR'])
print('-+-+-')
print(board['ML'] + '|' + board['MM'] + '|' + board['MR'])
print('-+-+-')
print(board['BL'] + '|' + board['BM'] + '|' + board['BR'])
def main():
init_board = {
'TL': ' ', 'TM': ' ', 'TR': ' ',
'ML': ' ', 'MM': ' ', 'MR': ' ',
'BL': ' ', 'BM': ' ', 'BR': ' '
}
begin = True
while begin:
curr_board = init_board.copy()
begin = False
turn = 'x'
counter = 0
os.system('clear')
print_board(curr_board)
while counter < 9:
move = input('輪到%s走棋, 請輸入位置: ' % turn)
if curr_board[move] == ' ':
counter += 1
curr_board[move] = turn
if turn == 'x':
turn = 'o'
else:
turn = 'x'
os.system('clear')
print_board(curr_board)
choice = input('再玩一局?(yes|no)')
begin = choice == 'yes'
if __name__ == '__main__':
main()複製程式碼說明：最後這個案例來自《Python程式設計快速上手:讓繁瑣工作自動化》一書（這本書對有程式設計基礎想迅速使用Python將日常工作自動化的人來說還是不錯的選擇），對程式碼做了一點點的調整。