python高级编程之列表推导式

2023-12-24 20:18:16

1. 一个简单的例子

在Python中，如果我们想修改列表中所有元素的值，可以使用 for 循环语句来实现。

例如，将一个列表中的每个元素都替换为它的平方：

>>> L = [1, 2, 3, 4, 5]

>>> for i in range(len(L)):

...     L[i] = L[i] ** 2

>>> L

[1, 4, 9, 16, 25]

另一种优雅的实现方式就是使用列表推导式（List Comprehensions）：

>>> L = [1, 2, 3, 4, 5]

>>> L = [x ** 2 for x in L]

>>> L

[1, 4, 9, 16, 25]

2. 基本语法

我们具体来分析上面给出的例子

>>> L = [x ** 2 for x in L]

我们将列表推导式写在一个方括号内，因为它最终构建的是一个列表。

列表推导式主要由两部分构成：

循环变量表达式（ x ** 2）
for 循环头部（ for x in L ）

是不是非常简单！

3. 工作原理

Python在执行列表推导式时，会对可迭代对象 L 进行迭代，将每一次迭代的值赋给循环变量 x ，然后收集变量表达式 x ** 2 的计算结果，最终由这些结果构成了新的列表，也就是列表推导式所返回的值。

只要支持 for 循环进行迭代的对象，都可以对它使用列表推导式。

例如，我们将一个字符串进行移位处理：

>>> S = 'abcde'

>>> S = ''.join([chr(ord(c)+1) for c in S])

>>> S

'bcdef'

4. 高级语法

除了像上面介绍的 [x ** 2 for x in L] 这种基本语法之外，列表推导式还有一些高级的扩展。

4.1. 带有if语句

我们可以在 for 语句后面跟上一个 if 判断语句，用于过滤掉那些不满足条件的结果项。

例如，我想去除列表中所有的偶数项，保留奇数项，可以这么写：

>>> L = [1, 2, 3, 4, 5, 6]

>>> L = [x for x in L if x % 2 != 0]

>>> L

[1, 3, 5]

4.2. 带有for嵌套

在复杂一点的列表推导式中，可以嵌套有多个 for 语句。按照从左至右的顺序，分别是外层循环到内层循环。

例如：

>>> [x + y for x in 'ab' for y in 'jk']

['aj', 'ak', 'bj', 'bk']

4.3. 既有if语句又有for嵌套

列表推导式可以带任意数量的嵌套 for 循环，并且每一个 for 循环后面都有可选的 if 语句。

通用语法：

[ expression for x in X [if condition]

             for y in Y [if condition]

             ...

             for n in N [if condition] ]

例如，下面的代码输出了0~4之间的偶数和奇数的组合。

>>> [(x, y) for x in range(5) if x % 2 == 0 for y in range(5) if y % 2 == 1]

[(0, 1), (0, 3), (2, 1), (2, 3), (4, 1), (4, 3)]

等价于下面的一般 for 循环：

>>> L = []

>>> for x in range(5):

...     if x % 2 == 0:

...         for y in range(5):

...             if y % 2 == 1:

...                 L.append((x, y))

>>> L

[(0, 1), (0, 3), (2, 1), (2, 3), (4, 1), (4, 3)]

4.4. 列表推导式生成矩阵

生成矩阵的方式有多种，例如手动赋值、一般for循环，还有就是列表推导式。如果我们要用列表推导式生成下面的矩阵，可以怎么写？

>>> M = [[1, 2, 3],

... [4, 5, 6],

... [7, 8, 9]]

一种方法是：

>>> M = [[x, x+1, x+2] for x in [1, 4, 7]]

>>> M

[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]

矩阵的列数少时可以使用这种方法。

如果矩阵的列数较多，我们可以使用另外一种方式：在循环变量的表达式中使用列表推导式。

具体代码如下：

>>> M = [[y for y in range(x, x+3)] for x in [1, 4, 7]]

>>> M

[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]

与之前带 for 嵌套的语法不同，这个例子中，实际使用的是最基本的 [expression for x in L] 语法，只有一个 for 语句。

复杂的地方在于前面的变量表达式 expression 不再是简单的变量运算，而是一个列表推导式，在这个例子中就是 [y for y in range(x, x+3)] 。
内层的列表推导式返回一个行向量，而这些行向量经由外层的列表推导式，最终形成一个二维列表，也就是我们想要的矩阵。

当然，在实际的应用中不能单纯追求代码的简洁，还要考虑到代码的可读性和维护成本。
如果代码变得过于复杂，不易于理解，我们宁可多写几行代码来增加它的可读性。

5. 生成器表达式

生成器表达式与列表推导式的语法相同，区别在于生成器表达式的外面使用圆括号，而列表推导式使用方括号。

有关生成器的介绍，请参考这篇文章：《Python高级编程之初识生成器》

6. 集合推导式和字典推导式

注意：集合推导式和字典推导式只有在Python2.7以及之后的版本中才有，Python2.7之前的版本不支持这两种推导式。

集合推导式的语法与列表推导式相同，只需要把外面的方括号改成花括号即可。

例如，我们可以通过以下方式来生成一个集合：

>>> {x ** 2 for x in [1, 2, 2]}

{1, 4}

字典推导式的外面也是使用花括号，不过花括号的内部需要包含键值两部分。

在值不重复的情况下，我们可以通过字典推导式快速交换键值对：

>>> D = {'a':1, 'b':2, 'c':3}

>>> D = {value: key for key, value in D.items()}

>>> D

{1: 'a', 2: 'b', 3: 'c'}

总结：在编写或是阅读这类推导式的时候，一定要注意先从for..in开始，最后再看前面的循环变量表达式。

作者：Wray Zheng
原文：http://www.codebelief.com/article/2017/02/python-advanced-programming-list-comprehensions/

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