Python 陣列 與 List comprehension 列表推導式

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Array可以說是各種語言除了基本型別之外，最常用的資料型別與容器之一了。

Array 這種連續格子狀的資料結構，在Python要怎麼表達呢?

建立一個空的陣列

最簡單也最直接的寫法就是

array = [] # Python list [] 就對應到大家熟知的array 陣列型態的資料結構

或者

array = list() # 相當於呼叫list()的建構子

這兩個語法都相當於建立一個空的陣列。

印出來，可以很清楚看到結果，就是一個[]，裡面什麼東西都沒有。

增加元素

在尾巴加入新元素

array.append( x ) # 在尾巴插入一個新的元素。

用起來就好像C++ vector 的 push_back(x) ，會在尾端新增一筆資料，內容為x

在指定位置插入新元素

# 在pos位置，插入element
# pos 從0開始起算,0是最前面的位置
array.insert(pos, element) 

觀念上有點像C++ vector的insert，差別在於C++接收的參數是iterator

除非有特殊需求，一般日常應用不建議這麼用，因為複雜度是O(n)線性等級的。

run-time的時間成本很高。

讀取指定陣列位址的元素

和其他主流高階語言相同，都支援array[index]的陣列元素存取語法。

index 同樣是從0開始起算，0是開頭的索引編號

# 印出array[0]
print( array[0]​ )

index = 1
# 印出array[index]​
print( array[index]​ )

刪除元素

刪除並且回傳尾巴最後一個元素

array.pop()​

如果把array 當成stack來用，

那麼array.append(x) 就對應到 stack 的 push(x) 操作

array.pop() 就對應到 stack 的 pop()操作

刪除並且回傳指定位置的陣列元素

# 刪除並且回傳array[pos]
# pos 從0開始起算,0是最前面的位置
array.pop( pos )

觀念上有點像C++ vector的erase，差別在於C++接收的參數是iterator

除非有特殊需求，一般日常應用不建議這麼用，因為複雜度是O(n)線性等級的。

run-time的時間成本很高。

建立帶有初始值的陣列

如何有規律的生成元素，或者生成一整塊帶有初始值的陣列?

傳統高階語言寫法: 使用迴圈

如果我們要建立一個長度為10的陣列，裡面初始值都是0。

可以這樣寫

array = []

for i in range(10):
    array.append(0)

print(array)

得到的輸出就是

[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

另一個例子是，如果建立一個長度為10的陣列，裡面初始值就是流水號0~9。

可以這樣寫

array = []

for i in range(10):
    array.append(i)

print(array)

得到的輸出就是

[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

List comprehension 列表推導式

Python提供一個更簡潔也更彈性的語法List comprehension，
中文稱之為列表推導式(或 列表生程式)，
可以在把初始化的常數、運算式或函式直接放在[]裡面。

語法可以這樣表達

[ 初始值 for 索引變數 in range( ... ) ]​

或者

[ 函式計算的結果 for 索引變數 in range( ... ) ]

如果我們要建立一個長度為10的陣列，裡面初始值都是0。

用List comprehension來寫，就變成這樣

array =[ 0 for i in range(10)]
print(array)

得到的輸出同樣是

​[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

如果我們要建立一個長度為10的陣列，裡面初始值是流水號0~9。

用List comprehension來寫，就變成這樣

array =[ i for i in range(10)]
print(array)

得到的輸出就是

[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

如同剛剛語法的介紹，給予函數計算結果或者等價的lambda expression 也是可以的。

例如，想要根據奇數、偶數輸出提示字串，可以這樣寫

def judge(x):
    if x % 2 == 0:
        return f"{x} is Even"
    else:
        return f"{x} is Odd"
        
array =[ judge(i) for i in range(6) ]
print(array)

得到的輸出就是

['0 is Even', '1 is Odd', '2 is Even', '3 is Odd', '4 is Even', '5 is Odd']

例如，想要得到前10個完全平方數，可以這樣寫

array =[ i**2 for i in range(1, 11, 1) ]
print(array)

得到的輸出就是

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

例如，想要判斷流水號i 是不是3的倍數，可以這樣寫

array =[ (i % 3 ==0) for i in range(6) ]
print(array)

得到的輸出就是

[True, False, False, True, False, False]

另外，由於支援range迭代器(起點, 終點, 步伐)的語法，

所以控制起點、終點迭代區間也是可行的。

註: Python range的區間是包含起點，不包含終點，請特別留意

例如，想要輸出100到120之間的偶數陣列，可以這樣寫

array =[ i for i in range(100, 122, 2) ]
print(array)

得到的輸出就是

[100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120]

Reference:

[1] 5. Data Structures — Python 3.12.4 documentation