Python標準庫13 迴圈器 (itertools)

在 迴圈物件和 函式物件中，我們瞭解了 迴圈器(iterator)的功能。迴圈器是物件的容器，包含有多個物件。透過呼叫迴圈器的next()方法 (__next__()方法，在Python 3.x中)，迴圈器將依次返回一個物件。直到所有的物件遍歷窮盡，迴圈器將舉出 StopIteration 錯誤。

在 for i in iterator結構中，迴圈器每次返回的物件將賦予給i，直到迴圈結束。使用 iter()內建函式，我們可以將諸如表、字典等容器變為迴圈器。比如

for i in iter([2, 4, 5, 6]):    print(i)

標準庫中的 itertools包提供了更加靈活的生成迴圈器的工具。這些工具的輸入大都是已有的迴圈器。另一方面，這些工具完全可以自行使用Python實現，該包只是提供了一種比較標準、高效的實現方式。這也符合Python“只有且最好只有解決方案”的理念。

# import the toolsfrom itertools import *

無窮迴圈器

count(5, 2)     #從5開始的整數迴圈器，每次增加2，即5, 7, 9, 11, 13, 15 ...

cycle('abc')    #重複序列的元素，既a, b, c, a, b, c ...

repeat(1.2)     #重複1.2，構成無窮迴圈器，即1.2, 1.2, 1.2, ...

repeat也可以有一個次數限制:

repeat(10, 5)   #重複10，共重複5次

函式式工具

函數語言程式設計是將函式本身作為處理物件的程式設計正規化。在Python中，函式也是物件，因此可以輕鬆的進行一些函式式的處理，比如map(), filter(), reduce()函式。

itertools包含類似的工具。這些函式接收函式作為引數，並將結果返回為一個迴圈器。

比如

from itertools import *rlt = imap(pow, [1, 2, 3], [1, 2, 3])for num in rlt:    print(num)

上面顯示了imap函式。該函式與map()函式功能相似，只不過返回的不是序列，而是一個迴圈器。包含元素 1, 4, 27，即1**1, 2**2, 3**3的結果。函式pow(內建的乘方函式)作為第一個引數。pow()依次作用於後面兩個列表的每個元素，並收集函式結果，組成返回的迴圈器。

此外，還可以用下面的函式:

starmap(pow, [(1, 1), (2, 2), (3, 3)])

pow將依次作用於表的每個tuple。

ifilter函式與filter()函式類似，只是返回的是一個迴圈器。

ifilter(lambda x: x > 5, [2, 3, 5, 6, 7]

將lambda函式依次作用於每個元素，如果函式返回True，則收集原來的元素。6, 7

此外，

ifilterfalse(lambda x: x > 5, [2, 3, 5, 6, 7])

與上面類似，但收集返回False的元素。2, 3, 5

takewhile(lambda x: x < 5, [1, 3, 6, 7, 1])

當函式返回True時，收集元素到迴圈器。一旦函式返回False，則停止。1, 3

dropwhile(lambda x: x < 5, [1, 3, 6, 7, 1])

當函式返回False時，跳過元素。一旦函式返回True，則開始收集剩下的所有元素到迴圈器。6, 7, 1

組合工具

我們可以透過組合原有迴圈器，來獲得新的迴圈器。

chain([1, 2, 3], [4, 5, 7])      # 連線兩個迴圈器成為一個。1, 2, 3, 4, 5, 7

product('abc', [1, 2])    # 多個迴圈器集合的笛卡爾積。相當於巢狀迴圈        

for m, n in product('abc', [1, 2]):    print m, n

permutations('abc', 2)    # 從'abcd'中挑選兩個元素，比如ab, bc, ... 將所有結果排序，返回為新的迴圈器。

注意，上面的組合分順序，即ab, ba都返回。

combinations('abc', 2)    # 從'abcd'中挑選兩個元素，比如ab, bc, ... 將所有結果排序，返回為新的迴圈器。

注意，上面的組合不分順序，即ab, ba的話，只返回一個ab。

combinations_with_replacement('abc', 2) # 與上面類似，但允許兩次選出的元素重複。即多了aa, bb, cc

groupby()

將key函式作用於原迴圈器的各個元素。根據key函式結果，將擁有相同函式結果的元素分到一個新的迴圈器。每個新的迴圈器以函式返回結果為標籤。

這就好像一群人的身高作為迴圈器。我們可以使用這樣一個key函式: 如果身高大於180，返回"tall"；如果身高底於160，返回"short";中間的返回"middle"。最終，所有身高將分為三個迴圈器，即"tall", "short", "middle"。

def
 height_class(h):    
if h > 180
:        
return 
"
tall
"
    
elif h < 160
:        
return 
"
short
"
    
else
:        
return 
"
middle
"
friends = [191, 158, 159, 165, 170, 177, 181, 182, 190
]
friends = sorted(friends, key =
 height_class)
for m, n 
in groupby(friends, key =
 height_class):    
print(m)


    
print(list(n))

注意，groupby的功能類似於UNIX中的uniq命令。分組之前需要使用 sorted()對原迴圈器的元素，根據key函式進行排序，讓同組元素先在位置上靠攏。

其它工具

compress('ABCD', [1, 1, 1, 0])  # 根據[1, 1, 1, 0]的真假值情況，選擇第一個引數'ABCD'中的元素。A, B, C

islice()                        # 類似於slice()函式，只是返回的是一個迴圈器

izip()                          # 類似於 zip()函式，只是返回的是一個迴圈器。

總結

itertools的工具都可以自行實現。itertools只是提供了更加成形的解決方案。