Python騷操作從列表推導和生成器表示式開始

dongfanger發表於2021-01-31
Python

序列

序列是指一組資料，按存放型別分為容器序列與扁平序列，按能否被修改分為不可變序列與可變序列。

容器序列與扁平序列

容器序列存放的是物件的引用，包括list、tuple、collections.deque。

扁平序列存放的是物件的值，包括str、bytes、bytearray、memoryview和array.array。

扁平序列的值是字元、位元組和數值這種基礎型別。

不可變序列與可變序列

不可變序列，包括tuple、str、bytes。

可變序列，包括list、bytearray、array.array、collection.deque、memoryview。

下圖左邊是父類，右邊是子類，可以看出可變序列是從不可變序列繼承來的，擴充套件了可變方法：

列表推導

Python語言魅力在於簡潔，這能從最常見的建立列表體現出來，比如我們想把字串"abc"轉換成新列表["a", "b", "c"]，常規寫法：

symbols = "abc"
codes = []
for symbol in symbols:
    codes.append(symbol)
print(codes)  # ["a", "b", "c"]

用到了for迴圈和列表append方法。實際上可以不用append方法，直接：

symbols = "abc"
codes = [symbol for symbol in symbols]

這叫做列表推導，是更加Pythonic的寫法。

無論是編寫效率還是可閱讀性，列表推導都更勝一籌，可以說是構建列表的快捷方式。但是不能濫用，通用原則是，如果列表推導的程式碼超過了兩行，就要考慮用append了。這不是規定，完全可以憑藉自我喜好來選擇。

笛卡爾積是指多個序列中元素所有組合，我們用列表推導來實現笛卡爾積：

colors = ["black", "white"]
sizes = ["S", "M", "L"]
tshirts = [(color, size) for color in colors for size in sizes]

一行程式碼搞定！Life is short，use Python，list comprehension is wonderful，amazing。

注意這行程式碼有兩個for迴圈，等價於：

for color in colors:
    for size in sizes:

執行結果是：

[('black', 'S'), ('black', 'M'), ('black', 'L'), ('white', 'S'), ('white', 'M'), ('white', 'L')]

如果換一下順序：

[(color, size) for color in colors for size in sizes]

等價於：

for size in sizes:
    for color in colors:

執行結果是不同的，觀察第2個元素：

[('black', 'S'), ('white', 'S'), ('black', 'M'), ('white', 'M'), ('black', 'L'), ('white', 'L')]

生成器表示式

一般接觸到生成器時，都要講yield關鍵字，看似有點複雜，然而卻很簡單，生成器就像列表推導一樣，只不過是用來生成其他型別序列的，比如元組：

symbols = "abc"
codes = (symbol for symbol in symbols)

它的語法非常簡單，把列表推導的中括號[]換成小括號()，就可以了。

語法相似，本質上卻有很大區別，我們試著用生成器表示式來實現笛卡爾積，看看會有什麼變化：

colors = ["black", "white"]
sizes = ["S", "M", "L"]
tshirts = ((color, size) for color in colors for size in sizes)

執行結果是：

<generator object <genexpr> at 0x000001FD57D2DB30>

generator object，結果是一個生成器物件。因為生成器表示式在每次迭代時才會逐個產出元素，所以這裡的結果並不是已經建立好的元組。列表推導才會一次性產生新列表所有元素。

通過迭代把生成器表示式結果輸出：

for tshirt in tshirts:
    print(tshirt)

('black', 'S')
('white', 'S')
('black', 'M')
('white', 'M')
('black', 'L')
('white', 'L')

生成器表示式可以提升程式效能，比如要計算兩個各有1000個元素的列表的笛卡爾積，生成器表示式可以幫忙省掉執行for迴圈的開銷，即一個包含100萬個元素的列表。

yield作用和return差不多，後面會講到。

Tips

本小節內容是我看《流暢的Python》第一遍時記錄的知識點：

  1. Python標準庫用C實現了豐富的序列型別。
  2. 列表推導，就是指a = [x for x in something]這種寫法。
  3. 生成器表示式用於生成列表外的其他型別的序列，它跟列表推導的區別僅僅在於方括號換成圓括號，如b = tuple(x for x in something) 。
  4. array.array('I', x for x in something) ，array構造方法的第一個引數指定了陣列中數字的儲存方式。
  5. for tshirt in [c, s for c in colors for s in sizes]，列表推導會一次性生成這個列表，儲存在記憶體中，佔用資源。for tshirt in ('%s %s' for c in colors for s in sizes)，生成器表示式只在迴圈時逐個產出元素，避免額外的記憶體佔用，省掉了執行for迴圈的開銷。

小結

本文首先介紹了序列的概念，然後演示了Python常規騷操作——列表推導，最後引出了生成器表示式這個看似複雜實則簡單的語法。列表是可變的，它有個不可變的孿生兄弟，元組。

參考資料：

《流暢的Python》

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