第3章 列表简介
在本章和下一章中，你将学习列表是什么以及如何使用列表元素。列表让你能够在一个地方存储成组的信息，其中可以只包含几个元素，也可以包含数百万个元素。列表是新手可直接使用的最强大的Python功能之一，它融合了众多重要的编程概念。
3.1 列表是什么
列表由一系列按特定顺序排列的元素组成。你可以创建包含字母表中所有字母、数字0～9或所有家庭成员姓名的列表；也可以将任何东西加入列表中，其中的元素之间可以没有任何关系。鉴于列表通常包含多个元素，给列表指定一个表示复数的名称（如letters、digits或names）是个不错的主意。
在Python中，用方括号（[]）来表示列表，并用逗号来分隔其中的元素。下面是一个简单的列表示例，这个列表包含几种自行车：
bicycles.py
bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] print(bicycles)
如果你让Python将列表打印出来，Python将打印列表的内部表示，包括方括号：
['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
鉴于这不是你要让用户看到的输出，下面来学习如何访问列表元素。
3.1.1 访问列表元素
列表是有序集合，因此要访问列表的任何元素，只需将该元素的位置或索引告诉Python即可。要访问列表元素，可指出列表的名称，再指出元素的索引，并将其放在方括号内。
例如，下面的代码从列表bicycles中提取第一款自行车：
bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] print(bicycles[0]) ❶
❶处演示了访问列表元素的语法。当你请求获取列表元素时，Python只返回该元素，而不包括方括号和引号：
trek
这正是你要让用户看到的结果——整洁、干净的输出。
你还可以对任何列表元素调用第2章介绍的字符串方法。例如，可使用方法title()让元素'trek'的格式更整洁：
bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] print(bicycles[0].title())
这个示例的输出与前一个示例相同，只是首字母T是大写的。
3.1.2 索引从0而不是1开始
在Python中，第一个列表元素的索引为0，而不是1。在大多数编程语言中都是如此，这与列表操作的底层实现相关。如果结果出乎意料，请看看你是否犯了简单的差一错误。
第二个列表元素的索引为1。根据这种简单的计数方式，要访问列表的任何元素，都可将其位置减1，并将结果作为索引。例如，要访问第四个列表元素，可使用索引3。
下面的代码访问索引1和3处的自行车：
bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] print(bicycles[1]) print(bicycles[3])
这些代码返回列表中的第二个和第四个元素：
cannondale specialized
Python为访问最后一个列表元素提供了一种特殊语法。通过将索引指定为-1，可让Python返回最后一个列表元素：
bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] print(bicycles[-1])
这些代码返回'specialized'。这种语法很有用，因为你经常需要在不知道列表长度的情况下访问最后的元素。这种约定也适用于其他负数索引，例如，索引-2返回倒数第二个列表元素，索引-3返回倒数第三个列表元素，以此类推。
3.1.3 使用列表中的各个值
可像使用其他变量一样使用列表中的各个值。例如，你可以使用拼接根据列表中的值来创建消息。
下面来尝试从列表中提取第一款自行车，并使用这个值来创建一条消息：
bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized'] message = "My first bicycle was a "+bicycles[0].title()+"." ❶ print(message)
我们使用bicycles[0]的值生成了一个句子，并将其存储在变量message中（见❶）。输出是一个简单的句子，其中包含列表中的第一款自行车：
My first bicycle was a Trek.
动手试一试
请尝试编写一些简短的程序来完成下面的练习，以获得一些使用Python列表的第一手经验。你可能需要为每章的练习创建一个文件夹，以整洁有序的方式存储为完成各章的练习而编写的程序。
3-1 姓名：将一些朋友的姓名存储在一个列表中，并将其命名为names。依次访问该列表中的每个元素，从而将每个朋友的姓名都打印出来。
3-2 问候语：继续使用练习3-1中的列表，但不打印每个朋友的姓名，而为每人打印一条消息。每条消息都包含相同的问候语，但抬头为相应朋友的姓名。
3-3 自己的列表：想想你喜欢的通勤方式，如骑摩托车或开汽车，并创建一个包含多种通勤方式的列表。根据该列表打印一系列有关这些通勤方式的宣言，如“I would like to own a Honda motorcycle”。
3.2 修改、添加和删除元素
你创建的大多数列表都将是动态的，这意味着列表创建后，将随着程序的运行增删元素。例如，你创建一个游戏，要求玩家射杀从天而降的外星人；为此，可在开始时将一些外星人存储在列表中，然后每当有外星人被射杀时，都将其从列表中删除，而每次有新的外星人出现在屏幕上时，都将其添加到列表中。在整个游戏运行期间，外星人列表的长度将不断变化。
3.2.1 修改列表元素
修改列表元素的语法与访问列表元素的语法类似。要修改列表元素，可指定列表名和要修改的元素的索引，再指定该元素的新值。
例如，假设有一个摩托车列表，其中的第一个元素为'honda'，如何修改它的值呢？
motorcycles.py
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ❶ print(motorcycles) motorcycles[0] = 'ducati' ❷ print(motorcycles)
我们首先定义一个摩托车列表，其中的第一个元素为'honda'（见❶）。接下来，我们将第一个元素的值改为'ducati'（见❷）。输出表明，第一个元素的值确实变了，但其他列表元素的值没变：
['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ['ducati', 'yamaha', 'suzuki']
你可以修改任何列表元素的值，而不仅仅是第一个元素的值。
3.2.2 在列表中添加元素
你可能出于众多原因要在列表中添加新元素，例如，你可能希望游戏中出现新的外星人、添加可视化数据或给网站添加新注册的用户。Python提供了多种在既有列表中添加新数据的方式。
1．在列表末尾添加元素
在列表中添加新元素时，最简单的方式是将元素附加到列表末尾。给列表附加元素时，它将添加到列表末尾。继续使用前一个示例中的列表，在其末尾添加新元素'ducati'：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
print(motorcycles)
motorcycles.append('ducati') ❶
print(motorcycles)
方法append()将元素'ducati'添加到了列表末尾（见❶ ），而不影响列表中的其他所有元素：
['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']
方法append()让动态地创建列表易如反掌，例如，你可以先创建一个空列表，再使用一系列的append()语句添加元素。下面来创建一个空列表，再在其中添加元素'honda'、'yamaha'和'suzuki'：
motorcycles = []
motorcycles.append('honda')
motorcycles.append('yamaha')
motorcycles.append('suzuki')
print(motorcycles)
最终的列表与前述示例中的列表完全相同：
['honda', 'yamaha', 'suzuki']
这种创建列表的方式极其常见，因为经常要等程序运行后，你才知道用户要在程序中存储哪些数据。为控制用户，可首先创建一个空列表，用于存储用户将要输入的值，然后将用户提供的每个新值附加到列表中。
2．在列表中插入元素
使用方法insert()可在列表的任何位置添加新元素。为此，你需要指定新元素的索引和值。
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] motorcycles.insert(0, 'ducati') ❶ print(motorcycles)
在这个示例中，值'ducati'被插入到了列表开头（见❶）；方法insert()在索引0处添加空间，并将值'ducati'存储到这个地方。这种操作将列表中既有的每个元素都右移一个位置：
['ducati', 'honda', 'yamaha', 'suzuki']
3.2.3 从列表中删除元素
你经常需要从列表中删除一个或多个元素。例如，玩家将空中的一个外星人射杀后，你很可能要将其从存活的外星人列表中删除；当用户在你创建的Web应用中注销其账户时，你需要将该用户从活跃用户列表中删除。你可以根据位置或值来删除列表中的元素。
1．使用del语句删除元素
如果知道要删除的元素在列表中的位置，可使用del语句。
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] print(motorcycles) del motorcycles[0] ❶ print(motorcycles)
❶ 处的代码使用del删除了列表motorcycles中的第一个元素——'honda'：
['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ['yamaha', 'suzuki']
使用del可删除任何位置处的列表元素，条件是知道其索引。下例演示了如何删除前述列表中的第二个元素——'yamaha'：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] print(motorcycles) del motorcycles[1] print(motorcycles)
下面的输出表明，已经将第二款摩托车从列表中删除了：
['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ['honda', 'suzuki']
在这两个示例中，使用del语句将值从列表中删除后，你就无法再访问它了。
2．使用方法pop()删除元素
有时候，你要将元素从列表中删除，并接着使用它的值。例如，你可能需要获取刚被射杀的外星人的x和y坐标，以便在相应的位置显示爆炸效果；在Web应用程序中，你可能要将用户从活跃成员列表中删除，并将其加入到非活跃成员列表中。
方法pop()可删除列表末尾的元素，并让你能够接着使用它。术语弹出（pop）源自这样的类比：列表就像一个栈，而删除列表末尾的元素相当于弹出栈顶元素。
下面从列表motorcycles中弹出一款摩托车：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ❶ print(motorcycles) popped_motorcycle = motorcycles.pop() ❷ print(motorcycles) ❸ print(popped_motorcycle) ❹
我们首先定义并打印了列表motorcycles（见❶）。接下来，我们从这个列表中弹出一个值，并将其存储到变量popped_motorcycle中（见❷）。然后我们打印这个列表，以核实从其中删除了一个值（见❸）。最后，我们打印弹出的值，以证明我们依然能够访问被删除的值（见❹）。
输出表明，列表末尾的值'suzuki'已删除，它现在存储在变量popped_motorcycle中：
['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ['honda', 'yamaha'] suzuki
方法pop()是怎么起作用的呢？假设列表中的摩托车是按购买时间存储的，就可使用方法pop()打印一条消息，指出最后购买的是哪款摩托车：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
last_owned = motorcycles.pop()
print("The last motorcycle I owned was a "+last_owned.title()+".")
输出是一个简单的句子，指出了最新购买的是哪款摩托车：
The last motorcycle I owned was a Suzuki.
3．弹出列表中任何位置处的元素
实际上，你可以使用pop()来删除列表中任何位置的元素，只需在括号中指定要删除的元素的索引即可。
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
first_owned = motorcycles.pop(0) ❶
print('The first motorcycle I owned was a '+first_owned.title()+'.') ❷
首先，我们弹出了列表中的第一款摩托车（见❶），然后打印了一条有关这辆摩托车的消息（见❷）。输出是一个简单的句子，描述了我购买的第一辆摩托车：
The first motorcycle I owned was a Honda.
别忘了，每当你使用pop()时，被弹出的元素就不再在列表中了。
如果你不确定该使用del语句还是pop()方法，下面是一个简单的判断标准：如果你要从列表中删除一个元素，且不再以任何方式使用它，就使用del语句；如果你要在删除元素后还能继续使用它，就使用方法pop()。
4．根据值删除元素
有时候，你不知道要从列表中删除的值所处的位置。如果你只知道要删除的元素的值，可使用方法remove()。
例如，假设我们要从列表motorcycles中删除值'ducati'。
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']
print(motorcycles)
motorcycles.remove('ducati') ❶
print(motorcycles)
❶ 处的代码让Python确定'ducati'出现在列表的什么地方，并将该元素删除：
['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati'] ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
使用remove()从列表中删除元素时，也可接着使用它的值。下面删除值'ducati'，并打印一条消息，指出要将其从列表中删除的原因：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati'] ❶
print(motorcycles)
too_expensive = 'ducati' ❷
motorcycles.remove(too_expensive) ❸
print(motorcycles)
print("\nA "+too_expensive.title()+" is too expensive for me.") ❹
在❶处定义列表后，我们将值'ducati'存储在变量too_expensive中（见❷）。接下来，我们使用这个变量来告诉Python将哪个值从列表中删除（见❸）。最后，值'ducati'已经从列表中删除，但它还存储在变量too_expensive中（见❹），让我们能够打印一条消息，指出将'ducati'从列表motorcycles中删除的原因：
['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati'] ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] A Ducati is too expensive for me.
>
注意 方法remove()只删除第一个指定的值。如果要删除的值可能在列表中出现多次，就需要使用循环来判断是否删除了所有这样的值。你将在第7章学习如何这样做。
动手试一试
下面的练习比第2章的练习要复杂些，但让你有机会以前面介绍过的各种方式使用列表。
3-4 嘉宾名单：如果你可以邀请任何人一起共进晚餐（无论是在世的还是故去的），你会邀请哪些人？请创建一个列表，其中包含至少3个你想邀请的人；然后，使用这个列表打印消息，邀请这些人来与你共进晚餐。
3-5 修改嘉宾名单：你刚得知有位嘉宾无法赴约，因此需要另外邀请一位嘉宾。
·以完成练习3-4时编写的程序为基础，在程序末尾添加一条print语句，指出哪位嘉宾无法赴约。
·修改嘉宾名单，将无法赴约的嘉宾的姓名替换为新邀请的嘉宾的姓名。
·再次打印一系列消息，向名单中的每位嘉宾发出邀请。
3-6 添加嘉宾：你刚找到了一个更大的餐桌，可容纳更多的嘉宾。请想想你还想邀请哪三位嘉宾。
·以完成练习3-4或练习3-5时编写的程序为基础，在程序末尾添加一条print语句，指出你找到了一个更大的餐桌。
·使用insert()将一位新嘉宾添加到名单开头。
·使用insert()将另一位新嘉宾添加到名单中间。
·使用append()将最后一位新嘉宾添加到名单末尾。
·打印一系列消息，向名单中的每位嘉宾发出邀请。
3-7 缩减名单：你刚得知新购买的餐桌无法及时送达，因此只能邀请两位嘉宾。
·以完成练习3-6时编写的程序为基础，在程序末尾添加一行代码，打印一条你只能邀请两位嘉宾共进晚餐的消息。
·使用pop()不断地删除名单中的嘉宾，直到只有两位嘉宾为止。每次从名单中弹出一位嘉宾时，都打印一条消息，让该嘉宾知悉你很抱歉，无法邀请他来共进晚餐。
·对于余下的两位嘉宾中的每一位，都打印一条消息，指出他依然在受邀人之列。
·使用del将最后两位嘉宾从名单中删除，让名单变成空的。打印该名单，核实程序结束时名单确实是空的。
3.3 组织列表
在你创建的列表中，元素的排列顺序常常是无法预测的，因为你并非总能控制用户提供数据的顺序。这虽然在大多数情况下都是不可避免的，但你经常需要以特定的顺序呈现信息。有时候，你希望保留列表元素最初的排列顺序，而有时候又需要调整排列顺序。Python提供了很多组织列表的方式，可根据具体情况选用。
3.3.1 使用方法sort()对列表进行永久性排序
Python方法sort()让你能够较为轻松地对列表进行排序。假设你有一个汽车列表，并要让其中的汽车按字母顺序排列。为简化这项任务，我们假设该列表中的所有值都是小写的。
cars.py
cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] cars.sort() ❶ print(cars)
方法sort()（见❶）永久性地修改了列表元素的排列顺序。现在，汽车是按字母顺序排列的，再也无法恢复到原来的排列顺序：
['audi', 'bmw', 'subaru', 'toyota']
你还可以按与字母顺序相反的顺序排列列表元素，为此，只需向sort()方法传递参数reverse=True。下面的示例将汽车列表按与字母顺序相反的顺序排列：
cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] cars.sort(reverse=True) print(cars)
同样，对列表元素排列顺序的修改是永久性的：
['toyota', 'subaru', 'bmw', 'audi']
3.3.2 使用函数sorted()对列表进行临时排序
要保留列表元素原来的排列顺序，同时以特定的顺序呈现它们，可使用函数sorted()。函数sorted()让你能够按特定顺序显示列表元素，同时不影响它们在列表中的原始排列顺序。
下面尝试对汽车列表调用这个函数。
cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
print("Here is the original list:") ❶
print(cars)
print("\nHere is the sorted list:") ❷
print(sorted(cars))
print("\nHere is the original list again:") ❸
print(cars)
我们首先按原始顺序打印列表（见❶），再按字母顺序显示该列表（见❷）。以特定顺序显示列表后，我们进行核实，确认列表元素的排列顺序与以前相同（见❸）。
Here is the original list: ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] Here is the sorted list: ['audi', 'bmw', 'subaru', 'toyota'] Here is the original list again: ❹ ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
注意，调用函数sorted()后，列表元素的排列顺序并没有变（见❹）。如果你要按与字母顺序相反的顺序显示列表，也可向函数sorted()传递参数reverse=True。
注意 在并非所有的值都是小写时，按字母顺序排列列表要复杂些。决定排列顺序时，有多种解读大写字母的方式，要指定准确的排列顺序，可能比我们这里所做的要复杂。然而，大多数排序方式都基于本节介绍的知识。
3.3.3 倒着打印列表
要反转列表元素的排列顺序，可使用方法reverse()。假设汽车列表是按购买时间排列的，可轻松地按相反的顺序排列其中的汽车：
cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] print(cars) cars.reverse() print(cars)
注意，reverse()不是指按与字母顺序相反的顺序排列列表元素，而只是反转列表元素的排列顺序：
['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] ['subaru', 'toyota', 'audi', 'bmw']
方法reverse()永久性地修改列表元素的排列顺序，但可随时恢复到原来的排列顺序，为此只需对列表再次调用reverse()即可。
3.3.4 确定列表的长度
使用函数len()可快速获悉列表的长度。在下面的示例中，列表包含4个元素，因此其长度为4：
>>>cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru'] >>>len(cars) 4
在你需要完成如下任务时，len()很有用：确定还有多少个外星人未被射杀，需要管理多少项可视化数据，网站有多少注册用户等。
注意 Python计算列表元素数时从1开始，因此确定列表长度时，你应该不会遇到差一错误。
动手试一试
3-8 放眼世界：想出至少5个你渴望去旅游的地方。
·将这些地方存储在一个列表中，并确保其中的元素不是按字母顺序排列的。
·按原始排列顺序打印该列表。不要考虑输出是否整洁的问题，只管打印原始Python列表。
·使用sorted()按字母顺序打印这个列表，同时不要修改它。
·再次打印该列表，核实排列顺序未变。
·使用sorted()按与字母顺序相反的顺序打印这个列表，同时不要修改它。
·再次打印该列表，核实排列顺序未变。
·使用reverse()修改列表元素的排列顺序。打印该列表，核实排列顺序确实变了。
·使用reverse()再次修改列表元素的排列顺序。打印该列表，核实已恢复到原来的排列顺序。
·使用sort()修改该列表，使其元素按字母顺序排列。打印该列表，核实排列顺序确实变了。
·使用sort()修改该列表，使其元素按与字母顺序相反的顺序排列。打印该列表，核实排列顺序确实变了。
3-9 晚餐嘉宾：在完成练习3-4～练习3-7时编写的程序之一中，使用len()打印一条消息，指出你邀请了多少位嘉宾来与你共进晚餐。
3-10 尝试使用各个函数：想想可存储到列表中的东西，如山岳、河流、国家、城市、语言或你喜欢的任何东西。编写一个程序，在其中创建一个包含这些元素的列表，然后，对于本章介绍的每个函数，都至少使用一次来处理这个列表。
3.4 使用列表时避免索引错误
刚开始使用列表时，经常会遇到一种错误。假设你有一个包含三个元素的列表，却要求获取第四个元素：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] print(motorcycles[3])
这将导致索引错误：
Traceback (most recent call last):
File "motorcycles.py", line 3, in <module>
print(motorcycles[3])
IndexError: list index out of range
Python试图向你提供位于索引3处的元素，但它搜索列表motorcycles时，却发现索引3处没有元素。鉴于列表索引差一的特征，这种错误很常见。有些人从1开始数，因此以为第三个元素的索引为3；但在Python中，第三个元素的索引为2，因为索引是从0开始的。
索引错误意味着Python无法理解你指定的索引。程序发生索引错误时，请尝试将你指定的索引减1，然后再次运行程序，看看结果是否正确。
别忘了，每当需要访问最后一个列表元素时，都可使用索引-1。这在任何情况下都行之有效，即便你最后一次访问列表后，其长度发生了变化：
motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] print(motorcycles[-1])
索引-1总是返回最后一个列表元素，这里为值'suzuki'：
'suzuki'
仅当列表为空时，这种访问最后一个元素的方式才会导致错误：
motorcycles = [] print(motorcycles[-1])
列表motorcycles不包含任何元素，因此Python返回一条索引错误消息：
Traceback (most recent call last):
File "motorcyles.py", line 3, in <module>
print(motorcycles[-1])
IndexError: list index out of range
注意 发生索引错误却找不到解决办法时，请尝试将列表或其长度打印出来。列表可能与你以为的截然不同，在程序对其进行了动态处理时尤其如此。通过查看列表或其包含的元素数，可帮助你找出这种逻辑错误。
动手试一试
3-11 有意引发错误：如果你还没有在程序中遇到过索引错误，就尝试引发一个这种错误。在你的一个程序中，修改其中的索引，以引发索引错误。关闭程序前，务必消除这个错误。
3.5 小结
在本章中，你学习了：列表是什么以及如何使用其中的元素；如何定义列表以及如何增删元素；如何对列表进行永久性排序，以及如何为展示列表而进行临时排序；如何确定列表的长度，以及在使用列表时如何避免索引错误。
在第4章，你将学习如何以更高效的方式处理列表元素。通过使用为数不多的几行代码来遍历列表元素，你就能高效地处理它们，即便列表包含数千乃至数百万个元素。