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使用字符串
第二次世界大戰(zhàn)促使了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的誕生,當(dāng)初的想法很簡單,就是用計(jì)算機(jī)來計(jì)算導(dǎo)彈的彈道,因此在計(jì)算機(jī)剛剛誕生的那個(gè)年代,計(jì)算機(jī)處理的信息主要是數(shù)值,而世界上的第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC每秒鐘能夠完成約5000次浮點(diǎn)運(yùn)算。隨著時(shí)間的推移,雖然對數(shù)值運(yùn)算仍然是計(jì)算機(jī)日常工作中最為重要的事情之一,但是今天的計(jì)算機(jī)處理得更多的數(shù)據(jù)都是以文本信息的方式存在的,而Python表示文本信息的方式我們在很早以前就說過了,那就是字符串類型。所謂字符串,就是由零個(gè)或多個(gè)字符組成的有限序列,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代碼來了解字符串的使用。
def main(): str1 = 'hello, world!' # 通過len函數(shù)計(jì)算字符串的長度 print(len(str1)) # 13 # 獲得字符串首字母大寫的拷貝 print(str1.capitalize()) # Hello, world! # 獲得字符串變大寫后的拷貝 print(str1.upper()) # HELLO, WORLD! # 從字符串中查找子串所在位置 print(str1.find('or')) # 8 print(str1.find('shit')) # -1 # 與find類似但找不到子串時(shí)會引發(fā)異常 # print(str1.index('or')) # print(str1.index('shit')) # 檢查字符串是否以指定的字符串開頭 print(str1.startswith('He')) # False print(str1.startswith('hel')) # True # 檢查字符串是否以指定的字符串結(jié)尾 print(str1.endswith('!')) # True # 將字符串以指定的寬度居中并在兩側(cè)填充指定的字符 print(str1.center(50, '*')) # 將字符串以指定的寬度靠右放置左側(cè)填充指定的字符 print(str1.rjust(50, ' ')) str2 = 'abc123456' # 從字符串中取出指定位置的字符(下標(biāo)運(yùn)算) print(str2[2]) # c # 字符串切片(從指定的開始索引到指定的結(jié)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 # 檢查字符串是否由數(shù)字構(gòu)成 print(str2.isdigit()) # False # 檢查字符串是否以字母構(gòu)成 print(str2.isalpha()) # False # 檢查字符串是否以數(shù)字和字母構(gòu)成 print(str2.isalnum()) # True str3 = ' jackfrued@126.com ' print(str3) # 獲得字符串修剪左右兩側(cè)空格的拷貝 print(str3.strip()) if __name__ == '__main__': main()
除了字符串,Python還內(nèi)置了多種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),如果要在程序中保存和操作數(shù)據(jù),絕大多數(shù)時(shí)候可以利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),最常用的包括列表、元組、集合和字典。
使用列表
下面的代碼演示了如何定義列表、使用下標(biāo)訪問列表元素以及添加和刪除元素的操作。
def main(): list1 = [1, 3, 5, 7, 100] print(list1) list2 = ['hello'] * 5 print(list2) # 計(jì)算列表長度(元素個(gè)數(shù)) print(len(list1)) # 下標(biāo)(索引)運(yùn)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) # 添加元素 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()
和字符串一樣,列表也可以做切片操作,通過切片操作我們可以實(shí)現(xiàn)對列表的復(fù)制或者將列表中的一部分取出來創(chuàng)建出新的列表,代碼如下所示。
def main(): fruits = ['grape', 'apple', 'strawberry', 'waxberry'] fruits += ['pitaya', 'pear', 'mango'] # 循環(huán)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 # 沒有復(fù)制列表只創(chuàng)建了新的引用 # 可以通過完整切片操作來復(fù)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(zhuǎn)后的列表的拷貝 fruits5 = fruits[::-1] print(fruits5) if __name__ == '__main__': main()
下面的代碼實(shí)現(xiàn)了對列表的排序操作。
def main(): list1 = ['orange', 'apple', 'zoo', 'internationalization', 'blueberry'] list2 = sorted(list1) # sorted函數(shù)返回列表排序后的拷貝不會修改傳入的列表 # 函數(shù)的設(shè)計(jì)就應(yīng)該像sorted函數(shù)一樣盡可能不產(chǎn)生副作用 list3 = sorted(list1, reverse=True) # 通過key關(guān)鍵字參數(shù)指定根據(jù)字符串長度進(jìn)行排序而不是默認(rèn)的字母表順序 list4 = sorted(list1, key=len) print(list1) print(list2) print(list3) print(list4) # 給列表對象發(fā)出排序消息直接在列表對象上進(jìn)行排序 list1.sort(reverse=True) print(list1) if __name__ == '__main__': main()
我們還可以使用列表的生成式語法來創(chuàng)建列表,代碼如下所示。
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) # 用列表的生成表達(dá)式語法創(chuàng)建列表容器 # 用這種語法創(chuàng)建列表之后元素已經(jīng)準(zhǔn)備就緒所以需要耗費(fèi)較多的內(nèi)存空間 f = [x ** 2 for x in range(1, 1000)] print(sys.getsizeof(f)) # 查看對象占用內(nèi)存的字節(jié)數(shù) print(f) # 請注意下面的代碼創(chuàng)建的不是一個(gè)列表而是一個(gè)生成器對象 # 通過生成器可以獲取到數(shù)據(jù)但它不占用額外的空間存儲數(shù)據(jù) # 每次需要數(shù)據(jù)的時(shí)候就通過內(nèi)部的運(yùn)算得到數(shù)據(jù)(需要花費(fèi)額外的時(shí)間) f = (x ** 2 for x in range(1, 1000)) print(sys.getsizeof(f)) # 相比生成式生成器不占用存儲數(shù)據(jù)的空間 print(f) for val in f: print(val) if __name__ == '__main__': main()
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(guān)鍵字將一個(gè)普通函數(shù)改造成生成器函數(shù)。下面的代碼演示了如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)生成斐波拉切數(shù)列的生成器。所謂斐波拉切數(shù)列可以通過下面遞歸的方法來進(jìn)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()
使用元組
Python 的元組與列表類似,不同之處在于元組的元素不能修改,在前面的代碼中我們已經(jīng)不止一次使用過元組了。顧名思義,我們把多個(gè)元素組合到一起就形成了一個(gè)元組,所以它和列表一樣可以保存多條數(shù)據(jù)。下面的代碼演示了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 # 變量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, '云南昆明') print(t) # 將元組轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成元組 fruits_list = ['apple', 'banana', 'orange'] fruits_tuple = tuple(fruits_list) print(fruits_tuple) if __name__ == '__main__': main()
這里有一個(gè)非常值得探討的問題,我們已經(jīng)有了列表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),為什么還需要元組這樣的類型呢?
1、元組中的元素是無法修改的,事實(shí)上我們在項(xiàng)目中尤其是多線程環(huán)境(后面會講到)中可能更喜歡使用的是那些不變對象(一方面因?yàn)閷ο鬆顟B(tài)不能修改,所以可以避免由此引起的不必要的程序錯(cuò)誤,簡單的說就是一個(gè)不變的對象要比可變的對象更加容易維護(hù);另一方面因?yàn)闆]有任何一個(gè)線程能夠修改不變對象的內(nèi)部狀態(tài),一個(gè)不變對象自動就是線程安全的,這樣就可以省掉處理同步化的開銷。一個(gè)不變對象可以方便的被共享訪問)。所以結(jié)論就是:如果不需要對元素進(jìn)行添加、刪除、修改的時(shí)候,可以考慮使用元組,當(dāng)然如果一個(gè)方法要返回多個(gè)值,使用元組也是不錯(cuò)的選擇。
2、元組在創(chuàng)建時(shí)間和占用的空間上面都優(yōu)于列表。我們可以使用sys模塊的getsizeof函數(shù)來檢查存儲同樣的元素的元組和列表各自占用了多少內(nèi)存空間,這個(gè)很容易做到。我們也可以在ipython中使用魔法指令%timeit來分析創(chuàng)建同樣內(nèi)容的元組和列表所花費(fèi)的時(shí)間,下圖是我的macOS系統(tǒng)上測試的結(jié)果。
使用集合
Python中的集合跟數(shù)學(xué)上的集合是一致的,不允許有重復(fù)元素,而且可以進(jìn)行交集、并集、差集等運(yùn)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(fā)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(zhuǎn)換成集合 set3 = set((1, 2, 3, 3, 2, 1)) print(set3.pop()) print(set3) # 集合的交集、并集、差集、對稱差運(yùn)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()
說明: Python中允許通過一些特殊的方法來為某種類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自定義運(yùn)算符(后面的章節(jié)中會講到),上面的代碼中我們對集合進(jìn)行運(yùn)算的時(shí)候可以調(diào)用集合對象的方法,也可以直接使用對應(yīng)的運(yùn)算符,例如&運(yùn)算符跟intersection方法的作用就是一樣的,但是使用運(yùn)算符讓代碼更加直觀。
使用字典
字典是另一種可變?nèi)萜髂P?,類似于我們生活中使用的字典,它可以存儲任意類型對象,與列表、集合不同的是,字典的每個(gè)元素都是由一個(gè)鍵和一個(gè)值組成的“鍵值對”,鍵和值通過冒號分開。下面的代碼演示了如何定義和使用字典。
def main(): scores = {'駱昊': 95, '白元芳': 78, '狄仁杰': 82} # 通過鍵可以獲取字典中對應(yīng)的值 print(scores['駱昊']) print(scores['狄仁杰']) # 對字典進(jìn)行遍歷(遍歷的其實(shí)是鍵再通過鍵取對應(yīng)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(冷面=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(yīng)的值但是可以設(shè)置默認(rèn)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()
練習(xí)
練習(xí)1:在屏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辟地…………' while True: # 清理屏幕上的輸出 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()
練習(xí)2:設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)產(chǎn)生指定長度的驗(yàn)證碼,驗(yàn)證碼由大小寫字母和數(shù)字構(gòu)成。
import random def generate_code(code_len=4): """ 生成指定長度的驗(yàn)證碼 :param code_len: 驗(yàn)證碼的長度(默認(rèn)4個(gè)字符) :return: 由大小寫英文字母和數(shù)字構(gòu)成的隨機(jī)驗(yàn)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
練習(xí)3:設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)返回給定文件名的后綴名。
def get_suffix(filename, has_dot=False): """ 獲取文件名的后綴名 :param filename: 文件名 :param has_dot: 返回的后綴名是否需要帶點(diǎn) :return: 文件的后綴名 """ pos = filename.rfind('.') if 0 < pos < len(filename) - 1: index = pos if has_dot else pos + 1 return filename[index:] else: return ''
練習(xí)4:設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)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
練習(xí)5:計(jì)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(jì)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()
練習(xí)6:打印楊輝三角。
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()
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(jī)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(jī)選幾注: ')) for _ in range(n): display(random_select()) if __name__ == '__main__': main()
說明: 上面使用random模塊的sample函數(shù)來實(shí)現(xiàn)從列表中選擇不重復(fù)的n個(gè)元素。
綜合案例2:約瑟夫環(huán)問題
""" 《幸運(yùn)的基督徒》 有15個(gè)基督徒和15個(gè)非基督徒在海上遇險(xiǎn),為了能讓一部分人活下來不得不將其中15個(gè)人扔到海里面去,有個(gè)人想了個(gè)辦法就是大家圍成一個(gè)圈,由某個(gè)人開始從1報(bào)數(shù),報(bào)到9的人就扔到海里面,他后面的人接著從1開始報(bào)數(shù),報(bào)到9的人繼續(xù)扔到海里面,直到扔掉15個(gè)人。由于上帝的保佑,15個(gè)基督徒都幸免于難,問這些人最開始是怎么站的,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()
綜合案例3:井字棋游戲
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()
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