Python學習筆記：系列數據類型

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Python系列數據概述

數組

數組一種數據結構，用於存儲和處理大量數據。將所有的數據存儲在一個或多個數據中，然後通過索引下標訪問並處理數組元素，可以實現複雜數據處理任務。Python語言並沒有提供直接創建數組的功能，但可以使用其內置的系列數據類型（例如列表list），實現數組功能。

系列數據類型

系列數據類型是Python基礎的數據結構，是一組有順序的元素的集合。系列數據可以包含一個或多個元素（對象，元素也可以是其他系列數據），也可以是一個沒有任何元素的空系列。

Pyrhon的內置系列數據類型包括：元組（tuple）、列表（list）、字符串（str）和字節數據（bytes和bytearray）

系列數據的基本操作

系列的長度，最大值，最小值，求和

通過內置函數len(),max(),min()可以獲取系列的長度，系列中元素最大值，系列中最小值。內置函數sum()可獲取列表或元組各元素之和；如果有非數值元素，則導致TypeError；對於字符串（str）和字節數據（bytes），也將導致TyprError。

系列中索引訪問操作

系列表可以通過索引下表訪問的可迭代對象、可以通過整數下表訪問系列s的元素。
索引下標從0開始，第一個元素爲s[0]，第二個元素爲s[1]，以此類推，最後一個元素是s[len(s)-1]，如果索引下標越界，則導致IndexError；如果索引下標不是整數，則導致TypeError

系列的切片操作

通過切片操作，可以截取系列s的。切片操作的基本形式爲：s[i:j] 或 s[i:j:k]
其中i爲系列開始下標（包含s[i]）；j爲系列結束下標（不包含s[j]）；k爲步長。如果省略i，則從下標0開始；如果省略j，則直接系列到結束爲止；如果省略k，則步長爲1

注意：下標也可以爲負數。如果截取範圍內沒有數據，則返回空元組；如果超過下標範圍，不會報錯

系列的連接和重複操作

通過連接操作符+，可以連接兩個系列（s1和s2），形成一個新的系列對象，通過重複操作符*，可以重複一個系列n次（n爲整數）。系列連接和重複操作的基本形式爲：s1+s2或者s*n或者n*s

連接操作符+和重複操作符*也支持複合賦值運算，即：+=和*=

系列的成員關係操作

可以通過下列方式之一判斷一個元素x是否在系列s中。

x in s                #如果爲True，則表示存在
x not in s            #如果爲True，則表示不存在
s.count(x)            #返回x在s（指定範圍[start,end)）中出現的次數
s.index(x[,i[,j]])    #返回x在s(指定範圍[i,j])中第一次出現的下標
#其中，指定範圍[i,j)，從下標（包括，默認爲0）開始，到下標j結束（不包括，默認認爲len(s)）。
#對於s.index(value,[start,[stop]])方法，如果找不到時，則導致ValueError

系列的比較運算操作

兩個系列支持比較運算符（<，<=，==，!=，>=，>），字符串比較運算順序逐個元素進行比較

系列的排序操作

通過內置函數sorted()，可以返回系列的排序列表。通過類reversed構造函數，可以返回系列的反序列迭代器。形式如下：
sorted(iterable,key=None,reverse=False) #返回系列的排序列表
其中key適用於計算比較鍵值的函數（帶一個參數），例如：key=str.lower如果reverse=True，則反向排序

內置函數all()和any()

通過內置函數all()和any()，可以判斷系列的元素是否全部和部分爲True

all(iterable)   #如果序列的所有值都爲True，返回True，否則返回False
any(iterable)   #如果序列的任意值爲True，返回True；否則，返回False

>>> any((1,2,3,0))
True
>>> any((0,0,0,0))
False
>>> all([1,2,3,0])
False
>>> all([1,2,3,4])
True

系列拆封

1. 變量個數和系列長度相等：使用賦值語句，可以將系列值拆封，然後賦值給多個變量；
   變量1,變量2,....,變量n = 系列或可迭代對象
   變量個數和系列元素個數不一致時，將導致ValueError

>>> a,b,c=(1,2,3)
>>> a,b
(1, 2)
>>> a,b,c
(1, 2, 3)
>>> a,b,c=(7,'mochu',[7,77,777])
>>> a,b,c
(7, 'mochu', [7, 77, 777])
>>> c
[7, 77, 777]
>>> a,b,c=(1,2)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: not enough values to unpack (expected 3, got 2)
>>> 

2. 變量個數和系列長度不等

由於系列長度未知，可使用*元組變量，將多個值作爲元組賦值給元組變量。一個賦值語句，*變量只允許出現一次，否則導致SyntaxError

3. 使用臨時變量_

如果只需要部分數據，系列其他位置可以使用臨時變量_

>>> _,a,_,b=(1,2,3,4)
>>> _
3
>>> a,b
(2, 4)
>>>

元組

元組是一組有序系列，包含零個或多個對象引用。元組和列表十分類似，但元組是不可變對象，即不能修改、添加或刪除元組中的項目，但可以訪問元組中的項目。

使用元組字面量創建元組實例對象

使用元組字面量，可以創建元組實例對象。元組字面量採用圓括號中用逗號分隔的項目定義。圓括號可以省略。其基本形式如下：x1,[x2,...,xn]或者(x1,[x2,...,xn])，其中x1,x2,…,xn爲任意對象

注意，如果元組中有一個項目時，後面的逗號不能省略，這是因爲Python解釋器把(x1)解釋爲x1，例如。(1)爲整數1，(1,)解釋爲元組。

使用tuple對象創建元組實例對象

也可以通過創建tuple對象來創建元組。其基本形式爲：

tuple()     #創建一個空列表
tuple(iterable)     #創建一個列表，包含的項目爲可枚舉對象iterable中的元素

元組的系列操作

元組支持系列的基本操作，包括索引訪問、切片操作、連接操作、重複操作、成員關係操作、比較運算操作，以及len(),max(),sum()，求元組長度、最大值。最小值等

列表

列表是一組有序項目的數據結構。創建一個列表後，可以訪問，修改，添加或刪除列表中的項目。即列表示可變數據類型，Python沒有數組，可以使用列表代替

使用列表字面量創建列表實例對象

使用列表字面量，可以創建列表實例對象。列表字面量列表採用方括號中用逗號分隔的項目定義。其基本形式：[x1,x2,...,xn]

使用list對象創建元組實例對象

也可以通過創建list對象來創建列表。其基本形式爲：

list()           #創建一個空列表
list(iterable)   #創建一個空列表，包含項目爲可枚舉對象iterable中的元素

列表的系列操作

列表支持系列的基本操作，包括索引訪問、切片操作、連接操作、重複操作、成員關係操作、比較運算操作，以及求列表長度，最大值，最小值等

列表是可變對象，故可以改變列表對象中的值，也可以通過del刪除某元素

s[下標]=x      #設置列表元素，x爲任意對象
del x[下標]    #刪除列表元素      

列表是可變對象，故可以改變切片的值，也可以通過del刪除切片

s[i:j]=x       #設置列表內容，x爲任意對象，也可以是元組、列表
del s[i:j]     #移去列表中一系列元素，等同於s[i:j]=[]
s[i:j]=[]      #移去列表一系列元素

list對象的方法

對象是可變對象，其包含的主要方法如下圖所示，s=[1,3,2]

列表解析表達式

使用列表解析式，可以簡單高效地處理一個可迭代對象，並生成結果列表。列表解析表達式的形式如下：

[expr for i₁ in 序列1…for i_N in 序列N]：迭代所有內容，並生成計算列表
[expr for i₁ i in 序列1…for i_N in 序列N if cond_expr]：按條件迭代，並生成計算列表

表達式expr使用每次迭代內容 i₁…i_N，計算生成一個列表。如果指定了條件表達式cond_expr，則只有滿足條件的元素參與迭代

>>> [i**2 for i in range(10)]
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> [(i,i**2) for i in range(10)]
[(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25), (6, 36), (7, 49), (8, 64), (9, 81)]
>>> [i for i in range(10) if i%2==0]
[0, 2, 4, 6, 8]
>>> [(x,y,x*y) for x in range(1,4) for y in range(1,4) if x>=y]
[(1, 1, 1), (2, 1, 2), (2, 2, 4), (3, 1, 3), (3, 2, 6), (3, 3, 9)]
>>>

字符串

字符串實現爲有序的字符合集，即字符系列。str對象是不可變對象。

字符串系列操作

字符串支持系列的基本操作，包括索引訪問、切片操作、連接操作、重複操作、成員關係操作符、比較運算操作，以及求字符串長度、最大值、最小值等。

通過len(s)，可以獲取字符串s的長度；如果其長度爲0，則爲空字符串

字符串編碼

默認情況下，Python字符串採用UTF-8編碼。創建字符串，也可以指定編碼方式
str(object=b'',encoding='utf-8',errors='strict') #指定編碼，根據字節碼對應編碼的字符串
其中，objec爲字節碼對象（bytes或bytearray）；encoding爲編碼；error爲錯誤控制、該構造函數的結果，等同於bytes對象b的對象方法: b.encode(encoding,error) #把字節碼對象b解碼爲對應編碼的字符串
對應的，也可以把字符串對象s編碼爲字節對象：

>>> s1='是末初呀'
>>> s2=s1.encode(encoding='cp936')
>>> s2
b'\xca\xc7\xc4\xa9\xb3\xf5\xd1\xbd'
>>> s2.decode(encoding='cp936')
'是末初呀'
>>>

字符串格式化

1. %元算符形式

Python支持類似C語言的printf格式化輸出，採用如下形式：
格式化字符串 % (值1,值2,...) #兼容Python2的格式，不建議使用
格式化字符串與C語言的printf格式化字符串基本相同。格式化字符串由固定和格式說明符混合組成。格式說明符的語法如下：
%[(key)][flags][width][.precision][Length]type
其中，key（可選）爲映射鍵（適用於映射的格式化，例如%(lang)s）；flags（可選）爲修改輸出格式的字符集；width（可選）爲最小寬度，如果爲*，則使用下一個參數值；percision（可選）爲精度，如果爲*，則使用下一參數值；Length爲修飾符（h、l或L，可選），Python忽略該字符；type爲格式化類型字符。例如：

>>> '結果：%f'%88
'結果：88.000000'
>>> '姓名：%s，年齡：%d，體重：%3.2f'%('末初',19,60)
'姓名：末初，年齡：19，體重：60.00'
>>> '%(lang)s has %(num)03d quote types.'%{'lang':'Python','num':2}
'Python has 002 quote types.'
>>> '%0*.*f'%(10,5,88)
'0088.00000'
>>> 

2. format內置函數

內置函數基本形式如下：

format(value)             #等同於str(value)
format(value,format_spec) #等同於type(value)._format__(format_scpec)

格式化說明符(format_spec)的基本格式如下：
[[fill]align][sign][#][0][width][,][.percision][type]
其中，fill(可選)爲填充字符，可以爲除{}外的任何字符；align爲對齊方式，包括：<左對齊，>右對齊，=填充位於符號和數字之間，^居中對齊，sign(可選)爲符號字符，包括+（正數）、-（負數）、(正數帶空格)，width(可選)是最小寬度；percision(可選)是精度；type是格式化類型字符，如下：

3.字符串的format方法h

字符串format方法的基本形式如下：

str.format(格式化字符串,值1,值2,...)   #類方法
格式化字符串.format(值1,值2,...)       #對象方法
格式化字符串.format_map(mapping)  

格式化字符串由固定文本和格式化說明符混合組成。格式說明符的語法如下：
{[索引和鍵]:formati_spec}
其中，可選索引對應於要格式化參數值的位置，可選鍵對應於要格式化映射的鍵；格式化說明符(format_spec)同format內置函數

字節系列

字節系列是由8位字節數據組成的系列數據類型，即0<=x<256的整數系列。Python內置的字節系列數據類型包括：bytes（不可變對象）、bytearray(可變對象)和memoryview

bytes常量

使用字母b加單引號或雙引號括起來的內容，是bytes常量，Python解釋器自動創建bytes型對象實例。bytes常量與字符串定義方式類似

1. 單引號（b’ '）,包含在單引號中的字符串，其中可以包含雙引號
2. 雙引號（b" "），包含在雙引號中字符串，其中可以包含單引號
3. 三單引號（b’’’ ‘’’），包含在三單引號中的字符串，可以跨行
4. 三雙單引號（b""" “”“）,包含在三雙引號中的字符串，可以跨行

注意：引號只能包含ASCII碼字符，否則導致SyntaxError

>>> b'末初'
  File "<stdin>", line 1
SyntaxError: bytes can only contain ASCII literal characters.
>>>  

創建bytes對象

創建bytes類型的對象實例基本形式如下：

bytes()           #創建空bytes對象
bytes(n)          #創建長度爲n（整數）的bytes對象，各字節爲0
bytes(iterable)   #創建bytes對象，使用iterable中字節整數
bytes(object)     #創建bytes對象，使用iterable中的字節整數
bytes(source[,enconding[,errors]])   #創建bytes對象

注意：如果iterable中包含非0<=x<256的整數，則導致ValueError

創建bytearray對象

創建bytearray類型的對象實例的基本形式爲：

bytearray()              #創建空bytearrat()對象
bytearray(n)             #創建長度爲n(整數)的bytearray()對象，各字節爲0
bytearray(iterable)      #創建bytearray對象，使用iterable中的字節整數
bytearray（object）       #創建bytearray對象，賦值object字節數據
bytearray([source[,encoding[,errors]]])   #創建bytearray()對象

如果iterable中包含非0<=x<256的整數，則導致ValueError

bytes和bytearray的系列操作

byte和bytearray支持系列的基本操作，包括索引訪問、切片操作、連接操作、重複操作、成員關係操作、比較運算操作。以及求系列長度、最大值、最小值等

bytes和bytearray一般基於ASCII字符串，故bytes和bytearray基本上支持str對象的類似方法。但不支持str.encode()（把字符串轉換爲bytes對象）、str.format()/str.format_map()（字符串格式化）、str.isidentifier()/str.isunmeric()/str.isdecimal()/str.isprintable()（判斷這些無意義）

注意：bytes和bytearray()的方法不接受字符串參數，只接受bytes和bytearray參數，否則導致TypeError

字節編碼和解碼

字符串可以通過str.encode()方法編碼爲字節碼；通過bytes和bytearray的decode()方法解碼爲字符串