Python 列表的应用场景有哪些?你使用对了吗?

我们在前几篇文章中依次介绍了列表的特性和用法列表推导式列表的底层实现。今天来聊一聊列表在实际开发中的应用场景。

 

在开发中,选用何种数据结构是由我们面对的数据特征和业务场景决定的。

数据是单个的还是批量的,是小规模的还是海量的?

数据是独立的还是彼此关联的?

数据的生成是随机的还是有先后顺序的?

数据的用途是什么?会不会频繁读写?只读多还是修改多?

数据是否应用于多线程环境?

……(此处省略 N 多情形。)

 

一旦确定了数据特征和业务场景,我们就可以从开发工具箱中选择合适的工具了。


对于 list 而言,首先它是一个对象集合,你可以在处理批量数据时使用 list。

>>> alist =[i for i inrange(21)]
>>> alist
[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]
>>> alist.append(2021)
>>> alist
[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,2021]

 

我们知道,tuple 也可以用来存储多个对象,但是 tuple 是不可变的,一旦初始化,无法再增减其中的元素的个数。tuple 从语法上保证了元素数目不会被修改。

 

如果你恰好不希望别人向数据集中增删元素,你应该优先使用 tuple,而非list。反过来,如果你需要动态调整数据集合中的元素的个数,那就应该选择 list。


这是否意味着所有动态数据集都可以使用 list 呢?非也。

 

如果你的数据很少被修改,绝大部分时间都是被读取的,这很适合使用 list 来存储。因为 list 为我们提供了索引和切片操作,可以快速访问其中的元素。

>>> alist
[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,2021]
>>> alist[10]
10
>>> alist[3:9]
[3,4,5,6,7,8]
>>> alist[3:9:2]
[3,5,7]

如果你仅仅使用 append() 在 list 尾部追加元素,或者删除 list 尾部元素,那也可以放心使用 list。因为,在列表末尾添加和删除元素非常快。

>>> stack =[3,4,5]
>>> stack.append(6)
>>> stack.append(7)
>>> stack
[3,4,5,6,7]
>>> stack.pop()
7
>>> stack
[3,4,5,6]
>>> stack.pop()
6
>>> stack
[3,4,5]

这种情形下,list 其实就用作栈(stack)了。


但是,如果你的程序需要频繁在 list 头部或中间插入或删除元素,list 就不太适合你的需求了。

因为,list 底层是通过变长数组实现的。在数组头部或中间插入或删除元素,需要逐个移动插入位置之后的每个元素。这在数据量大时会消耗大量时间,效率低下。

 

而在常见的业务场景中,频繁增删中间元素的操作多见于链式存储结构(如链表),在线性存储结构(如数组)中并不多见。

如果想在 Python 中使用链式结构,可以使用 collections.deque。严格来说,collections.deque 也不是一个完全的链式结构,它是一个带有块(block)数据的链式结构。每个 block 都是一个线性数组。

 

我们来看一个需要频繁在数据集的首尾执行操作的场景:队列(queue)。

队列是一个先进先出(FIFO)的数据结构,数据从尾部插入,从头部取出。就好像我们日常排队一样。

 

由于需要频繁删除头部元素,list 也不适合用作队列。很多初学者仅从list 这个单词的字面意思来理解,就把 list 作为队列来使用,这是欠妥的。

 

我们可以用 collections.deque 来实现队列操作。

>>>from collections import deque
>>> queue = deque(["Eric","John","Michael"])
>>> queue.append("Terry")
>>> queue.append("Graham")
>>> queue
deque(['Eric','John','Michael','Terry','Graham'])
>>
>>> queue.popleft()
'Eric'
>>> queue.popleft()
'John'
>>> queue
deque(['Michael','Terry','Graham'])

总结一下。

list 适用于处理动态数据集,特别适合用于读操作远多于写操作的场景。

list 可用来实现栈操作。

List 不适合用作队列,可使用 collections.deque 来实现队列操作。


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