Python 列表 — 最常用的数据结构

学习列表的创建、索引、切片和常用方法 · 难度：入门 · +10XP

Python 列表 — 最强大的数据容器

一、什么是列表？为什么它是 Python 最常用的数据结构？

列表（List）是 Python 中最核心、最灵活的数据结构。它是一个有序、可变、可包含任意类型元素的容器。你可以把列表想象成一列有编号的储物柜：每个柜子有一个编号（索引），里面可以存放任何东西，而且你可以随时添加新的柜子、移除旧的柜子，或更换柜子里的物品。

为什么列表如此重要？

• 有序存储 — 元素保持插入顺序，支持索引访问
• 动态大小 — 无需预定义大小，自动扩容
• 混合类型 — 同一列表可以包含数字、字符串、甚至其他列表
• 丰富的内置方法 — Python 提供了强大的列表操作方法
• 可迭代 — 可以方便地用 for 循环遍历
• 在数据分析（pandas）、Web 开发（Django ORM）、日常脚本中，列表无处不在

二、列表 vs 元组 vs 集合 — 三大序列对比

三、列表方法速查表

四、详细代码示例（逐行注释）

# ======== 1. 创建列表的多种方式 ========
# 直接创建
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]     # 常用方式
mixed = [1, "hello", 3.14, True]     # 混合类型列表
nested = [[1, 2], [3, 4]]            # 嵌套列表（二维数组）
# 使用构造函数
numbers = list(range(10))            # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
chars = list("Python")               # ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']
# 列表推导式（List Comprehension，Python 特色！）
squares = [x**2 for x in range(10)]          # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
evens = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]  # 带条件的推导式：[0,2,4,...,18]
pairs = [(x, y) for x in "AB" for y in "12"]  # 笛卡尔积：[('A','1'),('A','2'),...]
# ======== 2. 索引和切片 ========
nums = [10, 20, 30, 40, 50]
print(nums[0])       # 10   — 第一个元素（索引从 0 开始）
print(nums[-1])      # 50   — 最后一个元素（负数从末尾倒着数）
print(nums[1:4])     # [20, 30, 40] — 切片 [开始:结束]（不包含结束索引）
print(nums[:3])      # [10, 20, 30] — 从开头到索引 2
print(nums[2:])      # [30, 40, 50] — 从索引 2 到末尾
print(nums[::2])     # [10, 30, 50] — 步长为 2（隔一个取一个）
print(nums[::-1])    # [50, 40, 30, 20, 10] — 步长为负 = 反转列表！
# ======== 3. 添加元素 ========
fruits = ["苹果", "香蕉"]
fruits.append("橙子")          # 末尾添加 → ['苹果', '香蕉', '橙子']
fruits.insert(1, "葡萄")       # 在索引 1 处插入 → ['苹果', '葡萄', '香蕉', '橙子']
fruits.extend(["西瓜", "草莓"]) # 合并另一个列表 → 添加多个元素
print(fruits)                   # ['苹果', '葡萄', '香蕉', '橙子', '西瓜', '草莓']
# ======== 4. 删除元素 ========
fruits.remove("香蕉")          # 删除第一个匹配的值（找不到会报错！）
popped = fruits.pop()          # 删除并返回最后一个元素 → '草莓'
popped2 = fruits.pop(0)        # 删除并返回索引 0 的元素 → '苹果'
del fruits[1]                  # 用 del 语句删除指定索引
fruits.clear()                 # 清空所有元素 → []
# 安全删除：先检查
if "芒果" in fruits:
    fruits.remove("芒果")
# ======== 5. 查找和统计 ========
nums = [1, 3, 5, 3, 7, 3, 9]
print(nums.index(3))     # 1 — 第一个 3 的索引
print(nums.index(3, 2))  # 3 — 从索引 2 开始找，找到索引 3 的 3
print(nums.count(3))     # 3 — 3 出现了 3 次
print(5 in nums)         # True — 成员检查（推荐！）
print(10 not in nums)    # True — 不在列表中
# ======== 6. 排序 ========
nums = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]
nums.sort()                     # 就地升序排序 → [1, 1, 2, 3, 4, 5, 9]
nums.sort(reverse=True)         # 就地降序排序 → [9, 5, 4, 3, 2, 1, 1]
# 自定义排序（按字符串长度）
words = ["apple", "pie", "a", "banana"]
words.sort(key=len)             # 按长度排序 → ['a', 'pie', 'apple', 'banana']
words.sort(key=lambda w: w[-1]) # 按最后一个字母排序
# sorted() 返回新列表（不改变原列表）
original = [3, 1, 2]
new_list = sorted(original)      # original 不变！new_list = [1, 2, 3]
# ======== 7. 列表推导式高级用法 ========
# 带条件的推导
scores = [85, 92, 78, 95, 88]
passed = [s for s in scores if s >= 90]   # [92, 95]
# 映射转换
names = ["alice", "bob", "charlie"]
upper_names = [n.upper() for n in names]  # ['ALICE', 'BOB', 'CHARLIE']
# 嵌套推导（展平二维列表）
matrix = [[1, 2], [3, 4], [5, 6]]
flat = [x for row in matrix for x in row] # [1, 2, 3, 4, 5, 6]
# ======== 8. 常用内置函数配合列表 ========
nums = [3, 1, 4, 1, 5]
print(len(nums))     # 5   — 长度
print(sum(nums))     # 14  — 总和
print(max(nums))     # 5   — 最大值
print(min(nums))     # 1   — 最小值
print(list(enumerate(nums)))  # [(0,3),(1,1),(2,4),(3,1),(4,5)] — 带索引
# zip 组合多个列表
names = ["小明", "小红", "小刚"]
scores = [85, 92, 78]
for name, score in zip(names, scores):
    print(f"{name}：{score}分")  # 同时遍历两个列表
# ======== 9. 列表复制陷阱（重要！） ========
a = [1, 2, [3, 4]]
b = a           # 不是复制！b 和 a 指向同一个对象
c = a.copy()    # 浅拷贝：顶层复制，但嵌套列表仍是共享的
import copy
d = copy.deepcopy(a)  # 深拷贝：完全独立
a[2][0] = 999
print(b)        # [1, 2, [999, 4]] — b 受影响（同一对象）
print(c)        # [1, 2, [999, 4]] — c 受影响（浅拷贝！）
print(d)        # [1, 2, [3, 4]]   — d 不受影响（深拷贝！）

五、实践任务

1. 创建一个空列表，用 append 添加 5 个数字，然后用 sort 排序并输出
2. 使用列表推导式生成 1 到 100 中所有能被 3 整除但不能被 5 整除的数
3. 编写函数 remove_duplicates(lst)，接收一个列表，返回去重后的新列表（保持原顺序）
4. 有一个学生成绩列表 [("小明", 85), ("小红", 92), ("小刚", 78)]，按分数降序排序并输出
5. 创建一个 3x3 的二维列表（矩阵），计算对角线元素之和