python基礎重點講解——高階變數型別(十四)
# 高階變數型別
## 目標
* 列表
* 元組
* 字典
* 字串
* 公共方法
* 變數高階
### 知識點回顧
* Python 中資料型別可以分為 **數字型** 和 **非數字型**
* 數字型
* 整型 (`int`)
* 浮點型（`float`）
* 布林型（`bool`）
* 真 `True` `非 0 數` —— **非零即真**
* 假 `False` `0`
* 複數型 (`complex`)
* 主要用於科學計算，例如：平面場問題、波動問題、電感電容等問題
* 非數字型
* 字串
* 列表
* 元組
* 字典
* 在 `Python` 中，所有 **非數字型變數** 都支援以下特點：
1. 都是一個 **序列** `sequence`，也可以理解為 **容器**
2. **取值** `[]`
3. **遍歷** `for in`
4. **計算長度**、**最大/最小值**、**比較**、**刪除**
5. **連結** `+` 和 **重複** `*`
6. **切片**
## 01. 列表
### 1.1 列表的定義
* `List`（列表） 是 `Python` 中使用 **最頻繁** 的資料型別，在其他語言中通常叫做 **陣列**
* 專門用於儲存 **一串 資訊**
* 列表用 `[]` 定義，**資料** 之間使用 `,` 分隔
* 列表的 **索引** 從 `0` 開始
* **索引** 就是資料在 **列表** 中的位置編號，**索引** 又可以被稱為 **下標**
> 注意：從列表中取值時，如果 **超出索引範圍**，程式會報錯
```python
name_list = ["zhangsan", "lisi", "wangwu"]
```
### 1.2 列表常用操作
* 在 `ipython3` 中定義一個 **列表**，例如：`name_list = []`
* 輸入 `name_list.` 按下 `TAB` 鍵，`ipython` 會提示 **列表** 能夠使用的 **方法** 如下：
```
In [1]: name_list.
name_list.append name_list.count name_list.insert name_list.reverse
name_list.clear name_list.extend name_list.pop name_list.sort
name_list.copy name_list.index name_list.remove
```
| 序號 | 分類 | 關鍵字 / 函式 / 方法 | 說明 |
| --- | --- | --- | --- |
| 1 | 增加 | 列表.insert(索引, 資料) | 在指定位置插入資料 |
| | | 列表.append(資料) | 在末尾追加資料
| | | 列表.extend(列表2) | 將列表2 的資料追加到列表 |
| 2 | 修改 | 列表[索引] = 資料 | 修改指定索引的資料 |
| 3 | 刪除 | del 列表[索引] | 刪除指定索引的資料 |
| | | 列表.remove[資料] | 刪除第一個出現的指定資料 |
| | | 列表.pop | 刪除末尾資料 |
| | | 列表.pop(索引) | 刪除指定索引資料 |
| | | 列表.clear | 清空列表 |
| 4 | 統計 | len(列表) | 列表長度 |
| | | 列表.count(資料) | 資料在列表中出現的次數 |
| 5 | 排序 | 列表.sort() | 升序排序 |
| | | 列表.sort(reverse=True) | 降序排序 |
| | | 列表.reverse() | 逆序、反轉 |
#### del 關鍵字（科普）
* 使用 `del` 關鍵字(`delete`) 同樣可以刪除列表中元素
* `del` 關鍵字本質上是用來 **將一個變數從記憶體中刪除的**
* 如果使用 `del` 關鍵字將變數從記憶體中刪除，後續的程式碼就不能再使用這個變量了
```python
del name_list[1]
```
> 在日常開發中，要從列表刪除資料，建議 **使用列表提供的方法**
#### 關鍵字、函式和方法（科普）
* **關鍵字** 是 Python 內建的、具有特殊意義的識別符號
```python
In [1]: import keyword
In [2]: print(keyword.kwlist)
In [3]: print(len(keyword.kwlist))
```
> 關鍵字後面不需要使用括號
* **函式** 封裝了獨立功能，可以直接呼叫
```python
函式名(引數)
```
> 函式需要死記硬背
* **方法** 和函式類似，同樣是封裝了獨立的功能
* **方法** 需要通過 **物件** 來呼叫，表示針對這個 **物件** 要做的操作
```python
物件.方法名(引數)
```
> 在變數後面輸入 `.`，然後選擇針對這個變數要執行的操作，記憶起來比函式要簡單很多
### 1.3 迴圈遍歷
* **遍歷** 就是 **從頭到尾** **依次** 從 **列表** 中獲取資料
* 在 **迴圈體內部** 針對 **每一個元素**，執行相同的操作
* 在 `Python` 中為了提高列表的遍歷效率，專門提供的 **迭代 iteration 遍歷**
* 使用 `for` 就能夠實現迭代遍歷
```python
# for 迴圈內部使用的變數 in 列表
for name in name_list:
迴圈內部針對列表元素進行操作
print(name)
```
### 1.4 **應用場景**
* 儘管 `Python` 的 **列表** 中可以 **儲存不同型別的資料**
* 但是在開發中，更多的應用場景是
1. **列表** 儲存相同型別的資料
2. 通過 **迭代遍歷**，在迴圈體內部，針對列表中的每一項元素，執行相同的操作
## 02. 元組
### 2.1 元組的定義
* `Tuple`（元組）與列表類似，不同之處在於元組的 **元素不能修改**
* **元組** 表示多個元素組成的序列
* **元組** 在 `Python` 開發中，有特定的應用場景
* 用於儲存 **一串 資訊**，**資料** 之間使用 `,` 分隔
* 元組用 `()` 定義
* 元組的 **索引** 從 `0` 開始
* **索引** 就是資料在 **元組** 中的位置編號
```python
info_tuple = ("zhangsan", 18, 1.75)
```
#### 建立空元組
```python
info_tuple = ()
```
#### 元組中 **只包含一個元素** 時，需要 **在元素後面新增逗號**
```python
info_tuple = (50, )
```
### 2.2 元組常用操作
* 在 `ipython3` 中定義一個 **元組**，例如：`info = ()`
* 輸入 `info.` 按下 `TAB` 鍵，`ipython` 會提示 **元組** 能夠使用的函式如下：
```python
info.count info.index
```
> 有關 **元組** 的 **常用操作** 可以參照上圖練習
### 2.3 迴圈遍歷
* **取值** 就是從 **元組** 中獲取儲存在指定位置的資料
* **遍歷** 就是 **從頭到尾** **依次** 從 **元組** 中獲取資料
```python
# for 迴圈內部使用的變數 in 元組
for item in info:
迴圈內部針對元組元素進行操作
print(item)
```
> * 在 `Python` 中，可以使用 `for` 迴圈遍歷所有非數字型型別的變數：**列表**、**元組**、**字典** 以及 **字串**
> * 提示：在實際開發中，除非 **能夠確認元組中的資料型別**，否則針對元組的迴圈遍歷需求並不是很多
### 2.4 應用場景
* 儘管可以使用 `for in` 遍歷 **元組**
* 但是在開發中，更多的應用場景是：
* **函式的 引數 和 返回值**，一個函式可以接收 **任意多個引數**，或者 **一次返回多個數據**
* 有關 **函式的引數 和 返回值**，在後續 **函式高階** 給大家介紹
* **格式字串**，格式化字串後面的 `()` 本質上就是一個元組
* **讓列表不可以被修改**，以保護資料安全
```python
info = ("zhangsan", 18)
print("%s 的年齡是 %d" % info)
```
#### 元組和列表之間的轉換
* 使用 `list` 函式可以把元組轉換成列表
```python
list(元組)
```
* 使用 `tuple` 函式可以把列表轉換成元組
```python
tuple(列表)
```
## 03. 字典
### 3.1 字典的定義
* `dictionary`（字典） 是 **除列表以外** `Python` 之中 **最靈活** 的資料型別
* 字典同樣可以用來 **儲存多個數據**
* 通常用於儲存 **描述一個 `物體` 的相關資訊**
* 和列表的區別
* **列表** 是 **有序** 的物件集合
* **字典** 是 **無序** 的物件集合
* 字典用 `{}` 定義
* 字典使用 **鍵值對** 儲存資料，鍵值對之間使用 `,` 分隔
* **鍵** `key` 是索引
* **值** `value` 是資料
* **鍵** 和 **值** 之間使用 `:` 分隔
* **鍵必須是唯一的**
* **值** 可以取任何資料型別，但 **鍵** 只能使用 **字串**、**數字**或 **元組**
```python
xiaoming = {"name": "小明",
"age": 18,
"gender": True,
"height": 1.75}
```
### 3.2 字典常用操作
* 在 `ipython3` 中定義一個 **字典**，例如：`xiaoming = {}`
* 輸入 `xiaoming.` 按下 `TAB` 鍵，`ipython` 會提示 **字典** 能夠使用的函式如下：
```
In [1]: xiaoming.
xiaoming.clear xiaoming.items xiaoming.setdefault
xiaoming.copy xiaoming.keys xiaoming.update
xiaoming.fromkeys xiaoming.pop xiaoming.values
xiaoming.get xiaoming.popitem
```
> 有關 **字典** 的 **常用操作** 可以參照上圖練習
### 3.3 迴圈遍歷
* **遍歷** 就是 **依次** 從 **字典** 中獲取所有鍵值對
```python
# for 迴圈內部使用的 `key 的變數` in 字典
for k in xiaoming:
print("%s: %s" % (k, xiaoming[k]))
```
> 提示：在實際開發中，由於字典中每一個鍵值對儲存資料的型別是不同的，所以針對字典的迴圈遍歷需求並不是很多
### 3.4 **應用場景**
* 儘管可以使用 `for in` 遍歷 **字典**
* 但是在開發中，更多的應用場景是：
* 使用 **多個鍵值對**，儲存 **描述一個 `物體` 的相關資訊** —— 描述更復雜的資料資訊
* 將 **多個字典** 放在 **一個列表** 中，再進行遍歷，在迴圈體內部針對每一個字典進行 **相同的處理**
```python
card_list = [{"name": "張三",
"qq": "12345",
"phone": "110"},
{"name": "李四",
"qq": "54321",
"phone": "10086"}
]
```
## 04. 字串
### 4.1 字串的定義
* **字串** 就是 **一串字元**，是程式語言中表示文字的資料型別
* 在 Python 中可以使用 **一對雙引號** `"` 或者 **一對單引號** `'` 定義一個字串
* 雖然可以使用 `\"` 或者 `\'` 做字串的轉義，但是在實際開發中：
* 如果字串內部需要使用 `"`，可以使用 `'` 定義字串
* 如果字串內部需要使用 `'`，可以使用 `"` 定義字串
* 可以使用 **索引** 獲取一個字串中 **指定位置的字元**，索引計數從 **0** 開始
* 也可以使用 `for` **迴圈遍歷** 字串中每一個字元
> 大多數程式語言都是用 `"` 來定義字串
```python
string = "Hello Python"
for c in string:
print(c)
```
### 4.2 字串的常用操作
* 在 `ipython3` 中定義一個 **字串**，例如：`hello_str = ""`
* 輸入 `hello_str.` 按下 `TAB` 鍵，`ipython` 會提示 **字串** 能夠使用的 **方法** 如下：
```
In [1]: hello_str.
hello_str.capitalize hello_str.isidentifier hello_str.rindex
hello_str.casefold hello_str.islower hello_str.rjust
hello_str.center hello_str.isnumeric hello_str.rpartition
hello_str.count hello_str.isprintable hello_str.rsplit
hello_str.encode hello_str.isspace hello_str.rstrip
hello_str.endswith hello_str.istitle hello_str.split
hello_str.expandtabs hello_str.isupper hello_str.splitlines
hello_str.find hello_str.join hello_str.startswith
hello_str.format hello_str.ljust hello_str.strip
hello_str.format_map hello_str.lower hello_str.swapcase
hello_str.index hello_str.lstrip hello_str.title
hello_str.isalnum hello_str.maketrans hello_str.translate
hello_str.isalpha hello_str.partition hello_str.upper
hello_str.isdecimal hello_str.replace hello_str.zfill
hello_str.isdigit hello_str.rfind
```
> 提示：正是因為 python 內建提供的方法足夠多，才使得在開發時，能夠針對字串進行更加靈活的操作！應對更多的開發需求！
#### 1) 判斷型別 - 9
| 方法 | 說明 |
| --- | --- |
| string.isspace() | 如果 string 中只包含空格，則返回 True |
| string.isalnum() | 如果 string 至少有一個字元並且所有字元都是字母或數字則返回 True |
| string.isalpha() | 如果 string 至少有一個字元並且所有字元都是字母則返回 True |
| string.isdecimal() | 如果 string 只包含數字則返回 True，`全形數字` |
| string.isdigit() | 如果 string 只包含數字則返回 True，`全形數字`、`⑴`、`\u00b2` |
| string.isnumeric() | 如果 string 只包含數字則返回 True，`全形數字`，`漢字數字` |
| string.istitle() | 如果 string 是標題化的(每個單詞的首字母大寫)則返回 True |
| string.islower() | 如果 string 中包含至少一個區分大小寫的字元，並且所有這些(區分大小寫的)字元都是小寫，則返回 True |
| string.isupper() | 如果 string 中包含至少一個區分大小寫的字元，並且所有這些(區分大小寫的)字元都是大寫，則返回 True |
#### 2) 查詢和替換 - 7
| 方法 | 說明 |
| --- | --- |
| string.startswith(str) | 檢查字串是否是以 str 開頭，是則返回 True |
| string.endswith(str) | 檢查字串是否是以 str 結束，是則返回 True |
| string.find(str, start=0, end=len(string)) | 檢測 str 是否包含在 string 中，如果 start 和 end 指定範圍，則檢查是否包含在指定範圍內，如果是返回開始的索引值，否則返回 `-1` |
| string.rfind(str, start=0, end=len(string)) | 類似於 find()，不過是從右邊開始查詢 |
| string.index(str, start=0, end=len(string)) | 跟 find() 方法類似，不過如果 str 不在 string 會報錯 |
| string.rindex(str, start=0, end=len(string)) | 類似於 index()，不過是從右邊開始 |
| string.replace(old_str, new_str, num=string.count(old)) | 把 string 中的 old_str 替換成 new_str，如果 num 指定，則替換不超過 num 次 |
#### 3) 大小寫轉換 - 5
| 方法 | 說明 |
| --- | --- |
| string.capitalize() | 把字串的第一個字元大寫 |
| string.title() | 把字串的每個單詞首字母大寫 |
| string.lower() | 轉換 string 中所有大寫字元為小寫 |
| string.upper() | 轉換 string 中的小寫字母為大寫 |
| string.swapcase() | 翻轉 string 中的大小寫 |
#### 4) 文字對齊 - 3
| 方法 | 說明 |
| --- | --- |
| string.ljust(width) | 返回一個原字串左對齊，並使用空格填充至長度 width 的新字串 |
| string.rjust(width) | 返回一個原字串右對齊，並使用空格填充至長度 width 的新字串 |
| string.center(width) | 返回一個原字串居中，並使用空格填充至長度 width 的新字串 |
#### 5) 去除空白字元 - 3
| 方法 | 說明 |
| --- | --- |
| string.lstrip() | 截掉 string 左邊（開始）的空白字元 |
| string.rstrip() | 截掉 string 右邊（末尾）的空白字元 |
| string.strip() | 截掉 string 左右兩邊的空白字元 |
#### 6) 拆分和連線 - 5
| 方法 | 說明 |
| --- | --- |
| string.partition(str) | 把字串 string 分成一個 3 元素的元組 (str前面, str, str後面) |
| string.rpartition(str) | 類似於 partition() 方法，不過是從右邊開始查詢 |
| string.split(str="", num) | 以 str 為分隔符拆分 string，如果 num 有指定值，則僅分隔 num + 1 個子字串，str 預設包含 '\r', '\t', '\n' 和空格 |
| string.splitlines() | 按照行('\r', '\n', '\r\n')分隔，返回一個包含各行作為元素的列表 |
| string.join(seq) | 以 string 作為分隔符，將 seq 中所有的元素（的字串表示）合併為一個新的字串 |
### 4.3 字串的切片
* **切片** 方法適用於 **字串**、**列表**、**元組**
* **切片** 使用 **索引值** 來限定範圍，從一個大的 **字串** 中 **切出** 小的 **字串**
* **列表** 和 **元組** 都是 **有序** 的集合，都能夠 **通過索引值** 獲取到對應的資料
* **字典** 是一個 **無序** 的集合，是使用 **鍵值對** 儲存資料
```
字串[開始索引:結束索引:步長]
```
**注意**：
1. 指定的區間屬於 **左閉右開** 型 `[開始索引, 結束索引)` => `開始索引 >= 範圍 < 結束索引`
* 從 `起始` 位開始，到 **`結束`位的前一位** 結束（**不包含結束位本身**)
2. 從頭開始，**開始索引** **數字可以省略，冒號不能省略**
3. 到末尾結束，**結束索引** **數字可以省略，冒號不能省略**
4. 步長預設為 `1`，如果連續切片，**數字和冒號都可以省略**
#### 索引的順序和倒序
* 在 Python 中不僅支援 **順序索引**，同時還支援 **倒序索引**
* 所謂倒序索引就是 **從右向左** 計算索引
* 最右邊的索引值是 **-1**，依次遞減
**演練需求**
* 1. 擷取從 2 ~ 5 位置 的字串
* 2. 擷取從 2 ~ `末尾` 的字串
* 3. 擷取從 `開始` ~ 5 位置 的字串
* 4. 擷取完整的字串
* 5. 從開始位置，每隔一個字元擷取字串
* 6. 從索引 1 開始，每隔一個取一個
* 7. 擷取從 2 ~ `末尾 - 1` 的字串
* 8. 擷取字串末尾兩個字元
* 9. 字串的逆序（面試題）
**答案**
```
num_str = "0123456789"
# 1. 擷取從 2 ~ 5 位置 的字串
print(num_str[2:6])
# 2. 擷取從 2 ~ `末尾` 的字串
print(num_str[2:])
# 3. 擷取從 `開始` ~ 5 位置 的字串
print(num_str[:6])
# 4. 擷取完整的字串
print(num_str[:])
# 5. 從開始位置，每隔一個字元擷取字串
print(num_str[::2])
# 6. 從索引 1 開始，每隔一個取一個
print(num_str[1::2])
# 倒序切片
# -1 表示倒數第一個字元
print(num_str[-1])
# 7. 擷取從 2 ~ `末尾 - 1` 的字串
print(num_str[2:-1])
# 8. 擷取字串末尾兩個字元
print(num_str[-2:])
# 9. 字串的逆序（面試題）
print(num_str[::-1])
```
## 05. 公共方法
### 5.1 Python 內建函式
Python 包含了以下內建函式：
| 函式 | 描述 | 備註 |
| --- | --- | --- |
| len(item) | 計算容器中元素個數 | |
| del(item) | 刪除變數 | del 有兩種方式 |
| max(item) | 返回容器中元素最大值 | 如果是字典，只針對 key 比較 |
| min(item) | 返回容器中元素最小值 | 如果是字典，只針對 key 比較 |
| cmp(item1, item2) | 比較兩個值，-1 小於/0 相等/1 大於 | Python 3.x 取消了 cmp 函式 |
**注意**
* **字串** 比較符合以下規則： "0" < "A" < "a"
### 5.2 切片
| 描述 | Python 表示式 | 結果 | 支援的資料型別 |
| :---: | --- | --- | --- | --- |
| 切片 | "0123456789"[::-2] | "97531" | 字串、列表、元組 |
* **切片** 使用 **索引值** 來限定範圍，從一個大的 **字串** 中 **切出** 小的 **字串**
* **列表** 和 **元組** 都是 **有序** 的集合，都能夠 **通過索引值** 獲取到對應的資料
* **字典** 是一個 **無序** 的集合，是使用 **鍵值對** 儲存資料
### 5.3 運算子
| 運算子 | Python 表示式 | 結果 | 描述 | 支援的資料型別 |
| :---: | --- | --- | --- | --- |
| + | [1, 2] + [3, 4] | [1, 2, 3, 4] | 合併 | 字串、列表、元組 |
| * | ["Hi!"] * 4 | ['Hi!', 'Hi!', 'Hi!', 'Hi!'] | 重複 | 字串、列表、元組 |
| in | 3 in (1, 2, 3) | True | 元素是否存在 | 字串、列表、元組、字典 |
| not in | 4 not in (1, 2, 3) | True | 元素是否不存在 | 字串、列表、元組、字典 |
| > >= == < <= | (1, 2, 3) < (2, 2, 3) | True | 元素比較 | 字串、列表、元組 |
**注意**
* `in` 在對 **字典** 操作時，判斷的是 **字典的鍵**
* `in` 和 `not in` 被稱為 **成員運算子**
#### 成員運算子
成員運算子用於 **測試** 序列中是否包含指定的 **成員**
| 運算子 | 描述 | 例項 |
| --- | --- | --- |
| in | 如果在指定的序列中找到值返回 True，否則返回 False | `3 in (1, 2, 3)` 返回 `True` |
| not in | 如果在指定的序列中沒有找到值返回 True，否則返回 False | `3 not in (1, 2, 3)` 返回 `False` |
注意：在對 **字典** 操作時，判斷的是 **字典的鍵**
### 5.4 完整的 for 迴圈語法
* 在 `Python` 中完整的 `for 迴圈` 的語法如下：
```python
for 變數 in 集合:
迴圈體程式碼
else:
沒有通過 break 退出迴圈，迴圈結束後，會執行的程式碼
```
#### 應用場景
* 在 **迭代遍歷** 巢狀的資料型別時，例如 **一個列表包含了多個字典**
* 需求：要判斷 某一個字典中 是否存在 指定的 值
* 如果 **存在**，提示並且退出迴圈
* 如果 **不存在**，在 **迴圈整體結束** 後，希望 **得到一個統一的提示**
```python
students = [
{"name": "阿土",
"age": 20,
"gender": True,
"height": 1.7,
"weight": 75.0},
{"name": "小美",
"age": 19,
"gender": False,
"height": 1.6,
"weight": 45.0},
]
find_name = "阿土"
for stu_dict in students:
print(stu_dict)
# 判斷當前遍歷的字典中姓名是否為find_name
if stu_dict["name"] == find_name:
print("找到了")
# 如果已經找到，直接退出迴圈，就不需要再對後續的資料進行比較
break
else:
print("沒有找到")
print("迴圈結束")
```