python基礎4_2-列表生成式、生成器(generator)、迭代器(Iterator)

1、列表生成式

語法

a = [func(i) for i in range(10)]
>>>a
>>>[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]

應用場景
如何給列表[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]裏的每個值加1呢?

一般做法,

>>> a
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> b = []
>>> for i in a:b.append(i+1)
... 
>>> b
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> a = b
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

二班做法,

a = [1,3,4,6,7,7,8,9,11]

for index,i in enumerate(a):
    a[index] +=1
print(a)

三班做法,

>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> a = map(lambda x:x+1, a)
>>> a
<map object at 0x101d2c630>
>>> for i in a:print(i)
... 
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

列表生成式做法,

>>> a = [i+1 for i in range(10)]
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

2、生成器

通過列表生成式,我們可以直接創建一個列表。但是受內存的限制,列表的容量是有限的。而且,創建一個100萬個數據的列表,不僅佔很大的內存存儲,如果我們可能只需用到前面的一部分數據,那麼後面的數據既沒有使用到,還佔了內存,白白浪費了內存空間。

那麼,如果列表按照某種算法推算出來,這樣就不必創建完整的list,從而節省大量的空間。

在python中,這種一邊循環一邊計算的機制,稱爲生成器(generator)。

創建生成器的第一種方法,就是把列表生成式的[ ]改成( )就可以了。

>>> L = [x * x for x in range(10)]
>>> L
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x104192570>

那麼我們怎麼打印generator的每一個元素呢?
可以通過next(g)/g.__ next__()函數獲得generator的下一個返回值。

>>> next(g)
0
>>> next(g)
1
>>> next(g)
4
>>> next(g)
9
>>> next(g)
16
>>> next(g)
25
>>> next(g)
36
>>> next(g)
49
>>> next(g)
64
>>> next(g)
81
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

generator保存的是算法,每次調用next(g),就計算出g的下一個元素的值,直到計算到最後一個元素,沒有更多的元素時,拋出StopIteration的錯誤。

我們創建了一個generator後,基本上永遠不會調用next(),而是通過for循環來迭代它,並且不需要關心StopIteration的錯誤。

>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> for n in g:
...     print(n)
...
0
1
4
9
16
25
36
49
64
81

小總結:

  1. 生成器只有在調用的時候纔會生成相應的數據,不調用的時候不生成數據,節省空間
  2. 只記住當前位置,只有next(g)/g.__next __()方法,只能一個一個往後取數據

generator是非常強大的,如果推算的算法很複雜的時候,用類似列表生成式的for循環無法實現的時候,還可以用函數來實現。
比如,著名的斐波拉契數列,除第一個和第二個之外,其他任意一個數都可以由前兩個數相加得到:1,1,2,3,5,8,13…

def fib(max):
	n, a, b = 0, 0, 1
	while n <max:
		print(b)
		a, b = b, a+b
		n += 1
	return 'done'

仔細觀察發現,斐波拉契數列可以從第一個元素開始,推算出後續的任意元素,這種邏輯和generator很相似。
也就是說上面的函數和generator僅一步之遙。要把fib函數變成generator,只需要把print(b)改爲yield b就可以了。

def fib(max):
	n, a, b = 0, 0, 1
	while n <max:
		#print(b)
		yield b # yield保存當前狀態的值並返回
		a, b = b, a+b
		n += 1
	return 'done'

# 可以通過__next__()函數去調下一個元素了
f = fib(100)
print(f.__next__())
print("-----乾點別的事----")
print(f.__next__())

這就是定義generator的第二種方法,如果函數中定義一個包含yield關鍵字,那麼這個函數就不再是一個普通的函數了,而是一個生成器。
generator的執行順序和函數又不一樣,函數是按照順序結構,遇到return語句或者最後一行就返回;而generator在每一次調用__next__()的時候執行,遇到yield語句返回,再次執行時從上次返回的yield語句處繼續執行。
同樣的,把函數改成generator後,我們基本上從來不會用__next__()來獲取下一個返回值,而是直接使用for循環來迭代,但是用for循環調用generator時,發現拿不到generator的return語句的返回值。如果想要拿到返回值,必須捕獲StopIteration錯誤,返回值包含在StopIteration的value中:

g = fib(6)
while True:
	try:
		x = next(g) # next()調用yield
		print('g:', x)
	except StopIteration as e:
		print('Generator return value:', e.value)
		break

給個例子:實現在單線程的情況下實現併發運算的效果

# Author: Mr.Xue
# 2019.10.24

import time

def consumer(name):
	print("%s 準備喫包子了" % name)
	while True:
		baozi = yield
		print("包子%s來了,被%s吃了" %(baozi, name))
		
#c = consumer("xue")
#c.__next__()
#b1 = "肉包"
#c.send(b1)		

def producer(name):
	c = consumer('a')
	c2 = consumer('b')
	c.__next__()
	c2.__next__()
	print("%s準備開始做包子了" % name)
	for i in range(5):
		time.sleep(1)
		print("做了兩個包子,一人一個")
		c.send(i) # 調用yield,同時給yield傳值i
		c2.send(i)

producer("Mr")

3、迭代器

可以直接作用於for循環的對象統稱爲可迭代對象:Iterable
可以被next()函數調用並不斷返回下一個值的對象被稱爲迭代器:Iterator
可用isinstance()判斷一個對象是否是Iterable
注:可直接作用於for循環的數據類型有以下幾種:

  1. 集合數據類型:如list、tuple、dict、set、str等
  2. generator,包括生成器和帶yield的generator function
>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance('abc', Iterable)
True
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
True
>>> isinstance(100, Iterable)
False
>>> 

可以使用isinstance()判斷一個對象是否是Iterator對象:

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
True
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance({}, Iterator)
False
>>> isinstance('abc', Iterator)
False
>>> 

生成器都是Iterator對象,但是list、dict、str雖然是Iterable,但不是Iterator
iter()函數可以把list、dict、str等變成Iterator

>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter({}), Iterator)
True
>>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
True
>>>
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