Python 列表推导式

列表推导式-最简形式

本节我们将介绍一个具有Python特色的知识，它就是list comprehensions，即列表推导式。为何会使用英文单词呢？因为在许多教材或图书中，对于列表推导式有多种称呼，如列表解析式或列表生成式，类似于水浒传中的宋江，有时被称为及时雨、忠义黑三郎或呼宝义，但这三个名字都指的是宋江，所以我们只需知道它们都是指列表推导式即可。

首先，我们来看它的最简单形式。语法表达式如下图：

一个中括号表示列表，然后是一个表达式，接着是一个for循环。这个语法可能让人感到有些难以理解。

下面通过一个例子来解释。在一个中括号内，有一个表达式对i进行平方操作，后跟一个for循环。那么程序如何执行这行代码呢？为了更好地理解这条语句，我们先将其进行切割，分为两部分：for循环之前和之后。第一部分是表达式，第二部分是for循环。当我们运行时，首先执行for循环，依次遍历列表中的值，并将其赋值给i。这个列表可以是可迭代对象，如列表、元组、字符串或字典等。然后，我们继续执行第二部分，即对包含i的表达式进行求值，这里是对i进行平方操作。因此，这行代码等价于一个for循环，然后对表达式进行求值。如下图所示：

下面我们通过一个具体的例子来实际使用列表推导式。我们创建一个名为list_comprehensions的Python文件，并注释了最简形式。我们首先使用for循环来实现。我们需要先创建一个空列表val，然后将1到5的平方存储在这个空列表中。我们可以使用for循环来实现这一操作代码如下：

list_val = []
for i in range(1,6):
    list_val.append(i**2)
print(list_val)

输出结果：

[1, 4, 9, 16, 25]

接下来，我们使用列表推导式的方式。首先是一个中括号，表示这是一个列表。在列表中，我们先写上for循环，对于i在range(1, 6)中，然后是一个表达式，对这里生成的i进行操作，即求其平方。为了演示效果，我们创建一个名为new_list的新列表，并输出结果以检查是否与之前相同。代码如下：

# 最简形式
list_val = []
for i in range(1,6):
    list_val.append(i**2)
print(list_val)

new_list = [ i ** 2 for i in range(1,6)]
print(new_list)

输出结果：

[1, 4, 9, 16, 25]
[1, 4, 9, 16, 25]

与使用for循环相同。这意味着使用列表推导式可以用一行代码实现相当于使用for循环三行代码的效果，因此具有很强的Python特色，也可以称为Pythonic。

此外，在这个表达式中，你可以进行许多操作，我们这里只是使用了求平方的一种操作。比如，我们可以对包含字符串的列表进行操作。代码如下：

# 初始列表
word_list = ['I','love','Python']

# 使用列表推导式生成一个新列表，其中包含原列表中每个单词的大写形式
print([i.upper() for i in word_list])

# 使用列表推导式生成一个新列表，其中包含原列表中每个单词的首字母大写形式
print([i.title() for i in word_list])

所以说这个表达式这里，你可以根据实际情况自行来定义，这就是最简单的形式。

列表推导式-过滤条件形式

接下来，我们将探讨列表推导式的第二种形式，即包含过滤条件的形式。让我们先来看一下它的语法格式。如下图所示：

这个格式与我们之前介绍的基本形式基本相同，唯一的区别在于最后添加了一个if条件语句，即if判断条件。我们通过一个例子来解释这种形式：

为了理解这段代码，我们先将其分解。我们首先执行for循环，从range中依次获取i的值，这是第一步。然后在第二步，对每个i进行if语句的判断，如果条件满足，则执行第三步，获取i的值。如果条件不满足，则忽略该值，这是一种过滤条件。这种形式的等价形式是使用for循环，然后在内部使用if条件判断。只有当条件满足时，才执行后面的表达式。

接下来，我们通过一个具体的例子学习如何使用包含过滤条件的方式。我们先用for循环来实现，代码如下：

# 使用for循环将0到20之间的偶数放入一个列表中
list_value = []  # 创建一个空列表
for i in range(21):
    if i % 2 == 0:  # 判断是否为偶数
        list_value.append(i)  # 如果是偶数，则将其追加到列表中
print(list_value)  # 输出结果

输出结果：

[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20]

现在，让我们使用列表推导式来实现相同的功能：

# 使用列表推导式将0到20之间的偶数放入一个列表中
list_value = [i for i in range(21) if i % 2 == 0]
print(list_value)  # 输出结果

输出结果：

[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20]

这段代码的输出结果同样是包含0到20之间所有偶数的列表，但是只需一行代码即可完成，相比使用for循环更加简洁和Pythonic。

需要注意的是，在列表推导式中，我们可以使用if else语句进行条件判断。下面，我们将演示如何在for循环中使用if else，并利用列表推导式实现相同的功能。让我们先注释掉之前的例子，然后给出一个新的例子：

# 现在有一个包含三个名字的列表
names = ["AndyFeng", "JackMa", "Bill Gates"]

# 使用for循环和if else语句对列表进行处理
list_value = []
for i in names:
    if len(i) < 8:
        list_value.append(i.lower())  # 如果长度小于8，则转换为小写
    else:
        list_value.append(i.upper())  # 如果长度大于等于8，则转换为大写
print(list_value)  # 输出结果

输出结果：

['ANDYFENG', 'jackma', 'BILL GATES']

接下来，我们使用列表推导式来实现相同的功能：

# 使用列表推导式和if else语句对列表进行处理
# 现在有一个包含三个名字的列表
names = ["AndyFeng", "JackMa", "Bill Gates"]
list_value = [i.lower() if len(i) < 8 else i.upper() for i in names]
print(list_value)  # 输出结果

输出结果：

['ANDYFENG', 'jackma', 'BILL GATES']

这段代码的输出结果同样是根据名字长度进行转换后的结果，但是只需一行代码即可完成，更加简洁明了。需要注意的是，在列表推导式中，if else语句应该在for循环前面使用，而不是在后面。

列表推导式-循环嵌套形式

现在我们将探讨最后一种形式，即循环嵌套的形式。如下图所示：

在这个语法格式中，包含两个for循环。第一个for循环遍历list1中的元素，而第二个for循环则在第一个循环的基础上遍历list2中的元素。在两个循环执行完毕后，再执行后面的表达式。这段代码的功能相当于使用for循环嵌套。如下图所示：

接下来，我们通过一个例子来介绍这种循环嵌套的形式。代码如下：

# for循环嵌套
# 循环嵌套通常是对两个集合进行组合
# 使用for循环嵌套来组合“高富帅”和“白富美”
# 遍历“高富帅”和“白富美”，将它们相互组合，并将结果存入列表中
list_value = []
for i in "高富帅":
    for j in "白富美":
        list_value.append(i + j)
print(list_value)

输出结果：

['高白', '高富', '高美', '富白', '富富', '富美', '帅白', '帅富', '帅美']

分析一下这段代码，我们首先使用外层循环（for循环）获取到第一个字符串“高”，然后程序继续执行内层循环，在这里遍历第二个字符串“白”，然后将它们相互组合形成“高白”等字符串。内层循环结束后，再执行外层循环，将第一个字符串改为“富”，然后再次执行内层循环。最终，输出了各种组合的结果。

接下来，我们使用列表推导式来实现相同的功能。我们仍然使用两个for循环，第一个循环遍历“高富帅”，第二个循环遍历“白富美”，然后编写前面的表达式将它们相连，并将结果存入一个新的列表中。

# 使用列表推导式实现循环嵌套
# 通过两个for循环遍历“高富帅”和“白富美”，将它们相互组合并存入列表中
new_list = [i + j for i in "高富帅" for j in "白富美"]
print(new_list)

输出结果：

['高白', '高富', '高美', '富白', '富富', '富美', '帅白', '帅富', '帅美']

这次，我们介绍了列表推导式的几种形式。可以发现，使用列表推导式能够以非常简洁的方式创建列表，即便是需要几行代码才能实现的问题，使用列表推导式只需一行代码即可完成。另外，它还具有更高的效率，因为在执行时调用的是Python底层的c代码，而不是使用Python代码。然而，不应滥用列表推导式，特别是在涉及复杂业务逻辑时。因为过度使用会导致代码难以理解。因此，在这种情况下，最好使用传统的for循环，以提高代码的可读性。