Python入门之函数、列表与元组核心用法

Python入门：函数、列表与元组核心用法

一、函数基础

1.1 函数定义与调用

# 定义函数
def greet(name):
    """一个简单的问候函数"""
    return f"Hello, {name}!"

# 调用函数
result = greet("Alice")
print(result)  # 输出: Hello, Alice!

# 带默认参数的函数
def power(base, exponent=2):
    """计算幂次，默认平方"""
    return base ** exponent

print(power(3))      # 输出: 9
print(power(3, 3))   # 输出: 27

1.2 多种参数类型

# 位置参数
def describe_pet(animal_type, pet_name):
    print(f"I have a {animal_type} named {pet_name}.")

# 关键字参数（调用时指定参数名）
describe_pet(pet_name="Tom", animal_type="cat")

# 任意数量的位置参数(*args)
def make_pizza(*toppings):
    """打印所有配料"""
    print("Making pizza with:")
    for topping in toppings:
        print(f"- {topping}")

make_pizza('mushrooms', 'green peppers', 'extra cheese')

# 任意数量的关键字参数(**kwargs)
def build_profile(first, last, **user_info):
    """创建用户信息字典"""
    profile = {'first_name': first, 'last_name': last}
    profile.update(user_info)
    return profile

user_profile = build_profile('John', 'Doe', age=30, location='New York')
print(user_profile)

1.3 返回值

# 返回多个值（实际返回元组）
def get_name():
    first = "John"
    last = "Doe"
    return first, last  # 返回元组

# 接收多个返回值
first_name, last_name = get_name()

# 函数作为参数
def apply_operation(func, x, y):
    return func(x, y)

def add(a, b):
    return a + b

result = apply_operation(add, 5, 3)  # 输出: 8

二、列表核心用法

2.1 创建和访问列表

# 创建列表
fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]

# 访问元素
print(fruits[0])      # 输出: apple
print(fruits[-1])     # 输出: cherry（倒数第一个）
print(fruits[1:3])    # 输出: ['banana', 'cherry']（切片）

2.2 列表常用方法

# 添加元素
fruits.append('orange')      # 末尾添加
fruits.insert(1, 'mango')    # 指定位置插入
fruits.extend(['grape', 'kiwi'])  # 合并列表

# 删除元素
fruits.remove('banana')      # 按值删除
popped = fruits.pop()        # 删除并返回最后一个元素
popped = fruits.pop(1)       # 删除指定位置元素
del fruits[0]                # 删除指定位置

# 其他操作
fruits.sort()                # 排序（原地修改）
sorted_fruits = sorted(fruits)  # 返回新列表
fruits.reverse()             # 反转
count = fruits.count('apple') # 计数
index = fruits.index('cherry') # 查找索引

2.3 列表推导式

# 基本列表推导式
squares = [x**2 for x in range(10)]
# [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 带条件的列表推导式
even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
# [0, 4, 16, 36, 64]

# 多重循环
pairs = [(x, y) for x in range(3) for y in range(3)]
# [(0,0), (0,1), (0,2), (1,0), ...]

# 嵌套列表推导式
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
flattened = [num for row in matrix for num in row]
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

2.4 列表高级操作

# 列表复制
original = [1, 2, 3]
shallow_copy = original.copy()      # 浅拷贝
deep_copy = original[:]            # 另一种浅拷贝方式

# 嵌套列表的深拷贝
import copy
nested = [[1, 2], [3, 4]]
deep_copy_nested = copy.deepcopy(nested)

# 列表解包
first, *middle, last = [1, 2, 3, 4, 5]
print(first)   # 1
print(middle)  # [2, 3, 4]
print(last)    # 5

三、元组核心用法

3.1 创建和使用元组

# 创建元组
coordinates = (10, 20)
single_element = (42,)      # 注意逗号（避免与括号表达式混淆）
empty_tuple = ()

# 访问元素（与列表类似）
print(coordinates[0])      # 10
print(coordinates[-1])     # 20

# 元组解包
x, y = coordinates
print(f"x={x}, y={y}")     # x=10, y=20

# 交换变量值（利用元组解包）
a, b = 5, 10
a, b = b, a  # a=10, b=5

3.2 元组特性

# 元组是不可变的
t = (1, 2, 3)
# t[0] = 10  # 错误！不能修改元组元素

# 但可以重新赋值整个元组
t = (4, 5, 6)

# 元组可以包含可变对象
mixed_tuple = ([1, 2], 3, 4)
mixed_tuple[0].append(3)  # 可以修改列表内容
# mixed_tuple[1] = 5      # 错误！不能修改元组元素

# 元组比列表更高效（内存占用小，访问速度快）

四、函数与列表/元组结合使用

4.1 函数处理列表/元组

# 传递列表到函数
def process_numbers(numbers):
    """处理数字列表"""
    total = sum(numbers)
    average = total / len(numbers)
    return total, average, max(numbers), min(numbers)

# 使用元组返回多个值
scores = [85, 90, 78, 92, 88]
total, avg, highest, lowest = process_numbers(scores)

# 函数返回列表
def get_even_numbers(limit):
    """返回指定范围内的偶数列表"""
    return [x for x in range(limit) if x % 2 == 0]

# 函数返回元组（通常用于多个返回值）
def get_min_max(numbers):
    return min(numbers), max(numbers)

4.2 *args和**kwargs的妙用

# 使用*解包列表/元组作为参数
def connect_to_db(host, port, user, password):
    print(f"Connecting to {user}@{host}:{port}")

params = ['localhost', 3306, 'admin', 'secret']
connect_to_db(*params)  # 解包列表作为位置参数

# 使用**解包字典作为关键字参数
config = {'host': 'localhost', 'port': 3306, 'user': 'admin', 'password': 'secret'}
connect_to_db(**config)  # 解包字典作为关键字参数

五、实用示例

5.1 数据处理示例

# 学生成绩管理系统
def calculate_statistics(scores):
    """计算统计信息"""
    total = sum(scores)
    average = total / len(scores)
    sorted_scores = sorted(scores)

    # 中位数
    n = len(sorted_scores)
    if n % 2 == 0:
        median = (sorted_scores[n//2-1] + sorted_scores[n//2]) / 2
    else:
        median = sorted_scores[n//2]

    # 返回元组
    return (total, average, median, max(scores), min(scores))

# 使用示例
student_scores = [85, 92, 78, 90, 88, 95, 79]
stats = calculate_statistics(student_scores)
print(f"总分: {stats[0]}, 平均分: {stats[1]:.2f}, 中位数: {stats[2]}")

# 使用字典包装更清晰
stat_names = ['total', 'average', 'median', 'highest', 'lowest']
result_dict = dict(zip(stat_names, stats))

5.2 列表和元组的转换

# 相互转换
my_list = [1, 2, 3, 4]
my_tuple = tuple(my_list)      # 列表转元组
new_list = list(my_tuple)      # 元组转列表

# 在实际中的应用
def safe_function(data):
    """接收数据，确保不修改原始数据"""
    # 将输入转换为元组（防止意外修改）
    data_tuple = tuple(data) if isinstance(data, list) else data

    # 处理数据...
    processed = [x * 2 for x in data_tuple]

    # 返回新列表（不修改输入）
    return processed