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详解Python 数组数据结构

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Python 中没有像其他编程语言中一样的数组数据结构。不过，Python 提供了一些其他的容器类型，可以作为数组来使用，比如列表（List）、元组（Tuple）和 numpy 数组等。

列表（List）

列表是 Python 中最常用的数据结构之一，它也是最灵活的容器类型。它如同一个有序的集合，用法十分简单。

声明列表

列表可以通过[]或list()来创建。

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list = list(range(1, 6))

访问列表元素

通过下标访问列表中的元素，下标从0开始。同时，Python 也支持负数下标，例如 my_list[-1] 返回最后一个元素。

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(my_list[0])   # 输出 1
print(my_list[-1])  # 输出 5

切片操作

与字符串一样，列表也支持切片操作，可以通过切片来访问列表中的一部分元素。语法为[start:end:step]，其中 start 是开始下标（包含），end 是结束下标（不包含），step 是步长。

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(my_list[1:3])                 # 输出 [2, 3]
print(my_list[::-1])                # 倒序输出列表 [5, 4, 3, 2, 1]

插入和删除元素

通过append()方法可以向列表末尾添加元素；通过insert()方法可以在指定位置插入元素；通过remove()方法可以删除指定元素。

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list.append(6)         # 在末尾添加元素
my_list.insert(0, 0)      # 在下标为0的位置插入元素0
my_list.remove(3)         # 移除指定的元素

列表的其他常用方法

Python 中列表还有其他许多有用的方法，比如:

  • len()：返回列表的长度。
  • sort()：对列表进行排序。
  • reverse()：倒置列表。
  • index()：返回指定元素在列表中的下标。

元组（Tuple）

元组是 Python 中另一种常用的容器类型，与列表的区别在于，元组一旦被创建就不能再进行增删改操作了。但是，元组依然可以通过索引和切片来访问元素。

声明元组

元组可以通过()或tuple()来创建。

my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
my_tuple = tuple(range(1, 6))

访问元组元素

与列表一样，可以通过下标访问元组中的元素。

my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
print(my_tuple[0])  # 输出 1

元组的其他常用方法

元组只支持一些基本的方法，比如：

  • len()：返回元组的长度。
  • index()：返回指定元素在元组中的下标。
  • count()：返回指定元素在元组中出现的次数。

numpy 数组

numpy（Numerical Python）是 Python 中常用的科学计算库，它提供了一个强大的数组对象。这个数组对象与 Python 中的列表相比，支持更为灵活的数据处理方式。

声明 numpy 数组

先确保已经安装 numpy 库，然后可以通过 numpy.array() 方法创建 numpy 数组。

import numpy as np

my_np_array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

访问 numpy 数组元素

可以通过索引和切片来访问 numpy 数组中的元素。

import numpy as np

my_np_array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(my_np_array[0])  # 输出 1

numpy 数组的运算

numpy 数组支持各种基本数学运算和逻辑运算。这些运算会对每个元素进行操作，并返回一个新的 numpy 数组。

import numpy as np

my_np_array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(2 * my_np_array)  # 输出 [2 4 6 8 10]
print(my_np_array ** 2) # 输出 [ 1  4  9 16 25]

numpy 数组的其他常用方法

numpy 数组还支持一些非常有用的方法，比如：

  • shape：返回数组的形状。
  • dtype：返回数组中元素的数据类型。
  • reshape()：改变数组的形状。
  • max()、min()、sum()：计算数组中元素的最大值、最小值和总和。

示例

例子1：对列表进行排序

my_list = [4, 2, 5, 1, 3]
my_list.sort()
print(my_list)  # 输出 [1, 2, 3, 4, 5]

例子2：使用 numpy 数组进行向量运算

import numpy as np

a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])
c = a + b
print(c)  # 输出 [5, 7, 9]

从上述讲解可以看出，在 Python 中没有像其他编程语言中一样的数组数据结构。但是，Python 中有诸多其他容器类型可以作为数组来使用，这些容器类型比如列表、元组和 numpy 数组依然可以满足各种需求。

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