列表

在 Python 中，列表（list）是一个有序的、包含异质元素的序列。换句话说，列表可以容纳不同数据类型的元素。例如：

1list = ['a', 'apple', 23, 3.14] 

初始化列表

1example_list = [3.14159, 'apple', 23]  # 创建一个包含元素的列表
2empty_list = []  # 创建一个空列表
3sequence_list = list(range(10))  # 创建一个包含前10个整数的列表
4print(example_list)
5print(empty_list)
6print(sequence_list)

因此，列表可以同时存储整数、字符串、字符、函数以及几乎任何其他数据类型，包括其他列表！请看下面的例子：another_list 包含了两个列表、一个字符串和一个函数！可以通过方括号来访问或“索引”这些元素。使用索引 0 可以访问列表中的第一个元素（如第 7 行所示），使用索引 1 访问第二个元素，依此类推。因此，列表的索引从 0 开始。

1a_list = [2, 'PageFlux', 'A']
2
3
4def foo():
5    print('Hello from foo()!')
6
7
8another_list = [a_list, 'Python', foo, ['yet another list']]
9
10print(another_list[0])  # 'aList' 的所有元素
11print(another_list[0][1])  # 'aList' 的第二个元素
12print(another_list[1])  # 'Python'
13print(another_list[3])  # 'yet another list'
14
15# 你也可以调用列表中的函数！
16another_list[2]()  # 输出：Hello from foo()!

重要的列表函数

让我们来看一些有用的内置 Python 列表函数。每个操作的时间复杂度均来自 Python Wiki 页面的平均渐近情况。需要注意的是：不要用这些函数来替代面试题的答案。例如，如果被要求对数组/列表进行排序，请不要直接使用 sort() 函数作为答案！

append() 函数

用于将单个元素添加到列表末尾。该函数的时间复杂度为 $O(1)$，即常数时间。

1list = [1, 3, 5, 'seven']
2print(list)
3list.append(9)
4print(list)

insert() 函数

将元素插入列表中，使用方式为 list.insert(index, value)。其时间复杂度为 $O(n)$。请自行尝试！

以下代码 list.insert(0,2) 将元素 2 插入到索引为 0 的位置：

1list = [1, 3, 5, 'seven']
2list.insert(0, 2)
3print(list)

remove() 函数

移除列表中指定的元素，使用方式为 list.remove(element)，时间复杂度为 $O(n)$。如果元素不存在，则会抛出运行时错误，如下例所示：

1list = [1, 3, 5, 'seven']
2print(list)
3list.remove('seven')
4print(list)
5list.remove(0)
6print(list)

pop() 函数

移除指定索引处的元素。若未提供索引，则默认移除最后一个元素。因此 list.pop() 会移除最后一个元素，时间复杂度为 $O(1)$。而 list.pop(2) 会移除索引为 2 的元素（本例中是 5）。此外，弹出第 k 个中间元素所需时间为 $O(k)$，其中 $k < n$。

1list = [1, 3, 5, 'seven']
2print(list)
3list.pop(2)
4print(list)

reverse() 函数

该函数用于反转列表，调用方式为 list.reverse()，时间复杂度为 $O(n)$。

1list = [1, 3, 5, 'seven']
2print(list)
3list.reverse()
4print(list)

什么是切片（Slicing）？

在大多数编程语言中，访问或修改列表、元组、字符串等对象中的多个元素通常需要使用 for 循环。但在 Python 中，你可以使用方括号和冒号来定义一个范围，从而访问或“切片”列表中的一段元素。

1list[start:end]

其中 start 和 end 分别表示希望访问的列表起始和结束索引。你可以打印这些值、重新初始化它们、对其执行数学运算，以及其他多种操作。我们来看几个例子。

切片语法示例

示例 1：索引列表元素

可以通过索引访问并打印列表元素，如下所示：

1list = list(range(10))
2print(list)  # 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
3print(list[0:4])  # 0, 1, 2, 3

注意，不必显式指定起始或结束索引，可以直接留空 start 或 end。

list[start:] 表示从 start 开始直到末尾的所有元素
list[:end] 表示从开头直到 end（不包含）的所有元素
list[:] 表示整个列表的所有元素

进一步示例如下：

1list = list(range(10))
2print(list[3:])  # 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
3print(list[:3])  # 0, 1, 2
4print(list[:])  # 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

示例 2：步长索引

还可以像 for 循环一样按步长索引元素。例如 C++ 中的如下循环：

1for(int i = 0; i < 10; i+=2)
2{
3    cout << arr[i] << endl; // 打印索引为 i 的数组元素
4}

每次迭代中变量 i 增加 2，并相应地访问数组 arr。在 Python 中，可以用以下简洁语法实现相同功能：

1list[start:stop:step]

其中 step 指定索引的增量，也可以为负数。

例如：

1list = list(range(10)) # 定义一个从0开始的数值范围
2print(list[0:9:2])  # 0, 2, 4, 6, 8  
3print(list[9:0:-2])  # 9, 7, 5, 3, 1

第2行：从列表开头开始，每隔一个元素取一个值
第3行：从列表末尾开始，每隔一个元素向前取值

示例 3：初始化列表元素

可以通过指定要更新的元素范围，并将其设置为新值，来添加或修改列表内容：

1arr[start:end] = [new, values, to, insert]

1x = list(range(5))
2print(x)  # 0, 1, 2, 3, 4
3x[1:4] = [45, 21, 83]
4print(x)  # 0, 45, 21, 83, 4

方括号中的 1:4 表示将位置 1、2、3（不包括位置 4）的元素替换为新值 [45, 21, 83]。

注意：在 Python 中，range 范围包含起始索引但不包含终止索引本身。因此在此例中，索引为 4 的元素 4 不会被替换。

示例 4：从列表中删除元素

使用 del 关键字可以从列表中删除元素。以下示例删除所有位于偶数索引位置的元素：

1list = list(range(10))
2print(list)  # 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
3del list[::2]
4print(list)  # 1, 3, 5, 7, 9

第3行 使用了 del 操作。此处省略的起始和结束索引默认为 0 和列表长度，而 2 是步长。

示例 5：负索引

可以使用负数从列表末尾开始反向索引。例如，要访问倒数第五个元素，可使用：

1list[-5]

1list = list(range(10))
2print(list)
3print(list[4:-1])  # 4, 5, 6, 7, 8

上述示例输出从第 4 个索引到倒数第二个索引之间的元素。

示例 6：字符串中的切片

由于字符串本质上是字符的序列（技术上讲是字符数组），因此也可以对字符串使用切片操作！例如，字符串 "somehow" 可以被拆分为两个子串：

1my_string = "somehow"
2string1 = my_string[:4]
3string2 = my_string[4:]
4print(string1, string2)