Python 新手筆記 2 - List 與 For Comprehension

2024-09-18 11:29 PM

List (清單/串列)、Array (陣列)、Tuple (元組)、Dictionary (字典) 在 C# 都有，接觸 Python 之初，它們卻常讓我迷惑，尤其結合 For Comprehension (推導式) 後，對我成了一團能約略猜出用意但無法徒手寫出來的半模糊語法。

後來想想，關鍵應出在 Python 追求簡潔，常以符號、保留字(關鍵字)取代函式，有時符號還可以省略。而同樣動作，C# 多半是靠函式、屬性或建構式完成，容易望文生意(但後來語法糖也愈來愈多)。理解 Python 程式時，靠字面記憶及猜意思的慣性反成阻礙。加上同一結構有好幾種等效寫法，前幾次遇到以為是新玩意兒，多看幾次才意識「啊，原來這就等於 XXX」。

舉幾個例子：

在 Python 你可以用 y, x = x, y 交換變數，乍看很謎，但理解成「Tuple (x, y) 解構(Destructuring) 存回原變數，再省略 Tuple 括號」便會豁然開朗。
要怎麼比對 Dictionary 是否存在某 Key 值，我起初想試著找 ContainsKey()、Has() 之類的 API，後來學到 Python 風格會用 "some-key" in dict。
要取出字串第 3 到第 5 個字元，應該是靠 Substring() 或 Mid() 之類的函式吧？不，寫 mystr[3:6] 就成了。
Python 物件導向思維不如 C#、JavaScript 強烈。舉個例子：想取得字串長度，我直覺會猜字串物件有個 Length 之類的屬性，但 Python 是用 len(str_var)。

有時覺得，若我沒寫過 C#、JavaScript，或許初學 Python 還會更順利些。(反過來想，若寫慣 Python 的人要跨足其他語言，也會被慣性所絆吧)
但後期學到較複雜觀念，想成「這相當於 C#/JavaScript 的 OOO 」便能快理解，這時有 C#/JavaScript 經驗再變成加分條件。

走過這段，改變心態接受用符號、關鍵字、語法取代建構物件、呼叫方法的慣性思維，C# 老人學 Python 倒也能漸入佳境。

這篇筆記先整理 List 與 For Comprehension。

List 清單/串列

Python 的 List 可想像成 C# 的 List<object>，用來儲放任意型別，但多了一些方便簡潔的用法。常用操作如下：

算長度用 len(list_var)
負數索引可從後方取元素 list_var[-2] (倒數第 2 個)
檢查元素是否存在用 'find' in [1, 2, 3]；另一種做法是 list_var.index('find')，但要注意，找不到時會拋 ValueError
計算出現次數 list_var.count('target')
新增一個 list_var.append('new')、新增多個 list_var.extend([4,5])
在特定位置插入新元素 list_var.insert(1, 'elem-at-2nd-pos')
移除元素 list_var.pop()(最後一個)、list_var.pop(2)(第三個)、list_var.remove('target')(移除比對相符的第一筆)
清除 list_var.clear()
排序 list_var.sort()(本身順序會被改變)、list_var.sort(reverse = True) 或 list_var.reverse()(反向排序)、sorted(list_var)(傳回排序過的新串列)
自訂比較邏輯 sorted(list_var, key = len) 用 len() 比較
串接字串 ', '.join(list_var)
有些函式凡是實作 Iterable 特性的都可以用，例如：sorted('hello') 會得到 ['e', 'h', 'l', 'l', 'o']
參考：sorted()、sum()、any() (任一為 True)、all() (需全部為 True)

複製

a = [1,2,3]
b = a     
a is b       # 指向同物件，得到 True
id(a), id(b) # 得到 (2480536168704, 2480536168704) 相同位址
b[-1] = 0    # 會改變 a 的內容
b = a.copy() # 淺複製，深複製可用 .deepcopy()
a == b       # 內容相同，True
a is b       # 不同物件，False

List 加法可串接，乘法會重複元素

a = [1, 2]
b = [3, 4]
print(a + b) # [1, 2, 3, 4]
print(a * 2) # [1, 2, 1, 2]

切片(Slice)：適用所有可迭代(Iterable)物件，如字串、List、Tuple、Dictionary、Set...。切片可選取指定範圍元素，進行讀取、置換，非常簡潔好用。
```
a = [1, 2, 3, 4]
print(a[1:3]) # [2, 3]
a[-1] = 'END' # [1, 2, 3, 'END']
a[1:3] = ['a', 'b', 'c'] # [1, 'a', 'b', 'c', 'END']
print(a)
```

開箱(Unpacking)：將 List、Tuple 中的特定元素轉成變數，類似 JavaScript 的解構(Destructuring)

# 基本用法(變數個數必須與元素數量一致)
x, y = [1, 2] # List 開箱，x=1, y=2
a, b = (3, 4) # Tuple 開箱，a=3, b=4
# 用星號通吃剩餘元素
x, y, *others = [1, 2, 3, 4, 5] # x=1, y=2, others=[3, 4, 5]
x, y, *_ = [1, 2, 3, 4, 5] # 不需要的部分用底線
# 取頭尾
head, *_, tail = [1, 2, 3, 4] # head=1, tail=4
first, second, *rest, last = [1, 2, 3, 4, 5] # first=1, second=2, rest=[3, 4], last=5
# 套用 List, Tuple
_, [_, a], (_, b) = [1, [2, 3], (4, 5)] # a=3, b=5

開箱運算子(Unpacking Operator)：展開 Iterable 物件，相當於 JavaScript 的 ... 語法。
```
a = [1, 2]
b = [3, 4]
n = [*a, ' ', *b] # [1, 2, ' ', 3, 4]
```

For Comprehension 串列推導式

這是我心中最具 Python 風格的快捷語法，與 C# LINQ 語法異曲同工，但簡潔度更勝一籌。

一開始看 Github Copilot 示範用 .. for ... in .. if .. 處理各種資料篩選組裝有些摸不著頭緒，熟悉後我很快就愛上它惹。

直接看幾則應用，應該能很快上手。

加工轉換產生新清單

a = [1, 2, 3]
n = [f'No.{n}' for n in a] # ['No.1', 'No.2', 'No.3']
# C# a.Select(o => $"No.{o}").ToList();

加上篩選條件

a = [1, 2, 3, 4, 5]
n = [f'No.{n}' for n in a if n % 2 == 1] # ['No.1', 'No.3', 'No.5']
# C# a.Where(o => o % 2 == 1).Select(o => $"No.{o}").ToList();

也可以用來產生 Dictionary，語法為 for 搭配 key: value 產生鍵值資料對：

d = { n: f"item{n}" for n in range(10) }
# {0: 'item0', 1: 'item1', 2: 'item2', 3: 'item3', ... }

For Comprehension 本質是一個產生器(Generator)物件，具有惰性求值(Lazy Evaluation)的特性，當寫成 [n for n in range(10000)] 會展開生成 List，若寫成 (n for n in range(10000)) 是一個產生器，在某些應用情境可一次只吐一個數字，不用一次產生 10000 個元素，減少記憶體耗用增進效能。
```
from sys import getsizeof
list = [n for n in range(10000)]
print(getsizeof(list)) # 耗用 85176 bytes
print(sum(list)) # 49995000

gen = (n for n in range(10000))
print(getsizeof(gen)) # 耗用 112 bytes
print(sum(gen)) # 49995000
```
熟悉 C# 的同學可想成 IEnumerable<T> 靠 yield return 省時省 CPU 省 RAM，應能馬上理解。

Python 新手筆記 2 - List 與 For Comprehension

List 清單/串列

For Comprehension 串列推導式

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# 2024-09-19 12:49 PM by JD

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