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# List、Tuple 與 二維 List

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#

# 前言

在寫程式時可能會有一些資料可以把他們綁在一起，舉個例子，我們現在要把班上同學的名字全部列出來，那我們可以用很多的變數來存名字，並一個一個print出來，但這樣太麻煩了。為了應對這種狀況，我們可以把有相關性的資料利用「容器」把它們包裝在一起，那「容器」有很多種，你可以把他想成有很多種包裝的方法，那我們接下來會講最常見的 「List」 和 「Tuple」。

# List：

classmate = ["Ina", "Ame", "Gura", "Kiara", "Calli"]

print(classmate)

print()

print(classmate[0])
print(classmate[1])
print(classmate[2])
print(classmate[3])
print(classmate[4])

print()

print(classmate[-5])
print(classmate[-4])
print(classmate[-3])
print(classmate[-2])
print(classmate[-1])

上面這個例子我們利用了 List 這種「容器」 把班上同學的名字全部存下來了，然後再利用 `print` 把它們印出來。那現在我們來看看語法吧！首先看第一行，我們要生成一個List時，前後需要用 `[]` 包住，而中括號內的就是 List 的內容，再用賦值運算符`=` 將這個 List 命名(儲存)，以上例來講，`["Ina", "Ame", "Gura", "Kiara", "Calli"]` 這個 List 的內容就是五位同學的名字，然後 List 的名字叫做 classmate，往後要使用這個 List 的時候，就會利用 classmate 來呼叫它，像是第三行的 `print(classmate)` ，我們就會把名叫 「classmate」 的 List 給印出來。

接下來看下方的五個 `print` ，括號內我們傳入了 `classmate[數字]` ，這就是呼叫 List 元素的方法，前面會有我們要呼叫的 List 的名字，並在名自後方接上 `[]` ， `[]`內要填入一個數字，那這個數字是什麼意思呢? 它代表了我們要呼叫的東西是在 List 內的第幾個，要注意的是我們是從 0 開始數的，因此 `["Ina", "Ame", "Gura", "Kiara", "Calli"]` 內的 `"Ina"` 就會是第 0 個，而 `"Ame"` 就會是第一個，以此類推。 那如果我們填入的是一個負數呢？ 如果填入了負數，在這裡的意義會代表「從後面數來第幾個」，要注意的是與正數不同，從後面數來的話第一個數字會是「1」，也就是說 `"Calli"` 的編號會是 「-1」，而 `"Kiara"` 則是「-2」，以此類推。 另外，這個數字我們有給它一個名字，叫做 index(索引)。

那接下來我們來看看一些和 List 相關的函式和運算符吧！

number = [0, 1, 2, 3, 4]

# + 號
PlusCopy_number = number + number
PlusList_number = [0, 1, 2, 3, 4] + [0, 1, 2, 3, 4]
print("PlusCopy_number = ", PlusCopy_number)
print("PlusList_number = ", PlusList_number)
print()

# * 號
MultiCopy_number = number*2
MultiList_number = [0, 1, 2, 3, 4]*2
print("MultiCopy_number = ", MultiCopy_number)
print("MultiList_number = ", MultiList_number)
print()

# ： 冒號
print("number[0:5:1] = ", number[0:5:1])
print("number[0:5] = ", number[0:5])
print("number[1:3:1] = ", number[1:3:1])
print("number[1:3:2] = ", number[1:3:2])
print("number[0: ] = ", number[0: ])
print("number[ :5] = ", number[ :5])
print("number[ : ] = ", number[ : ])
print("number[ : : ] = ", number[ : : ])
print("number[0:5:2] = ", number[0:5:2])
print("number[ : :2] = ", number[ : :2])
print()

# len函式
number_lenth = len(number)
print("number_lenth = ", number_lenth)
print()

# append 、 remove 與 clear
number.append(5)
print("number.append(5)後 = ", number)

number.remove(5)
print("number.remove(5)後 = ", number)

number.clear()
print("number.clear()後 = ", number)
print()

#------------初始化number-------------
number = [0, 1, 2, 3, 4]
print("重新宣告了number = ", number)
print()
#------------------------------------

# insert 與 pop
number.insert(0,100)
print("number.insert(0,100) = ", number)

number.pop(0)
print("number.pop(0)後 = ", number)

首先我們看 + 號和 * 號，和字串一樣，我們可以利用 + 號來連接 List，用 * 號來將 List 延長。

再來看 ： 冒號，第一行` print("number[0:5:1] = ", number[0:5:1])` 裡， `number[0:5:1]` 裡面有三個數字，由左至右代表的意思分別為 「從哪裡開始」、「到哪裡前結束」 與 「間格為多少」，與上次教到的 For 迴圈後面接的 `range()`很像。 最左邊的數字如果沒填，預設為0; 中間的數字如果沒填，預設為陣列的最後一個; 最後的數字如果沒填，預設為1。 如果間隔是 1 的話，我們可以把第二個冒號省略掉。

那現在看到函式的部分，常用的有這 5 個函式，這邊我列個表格把他們的功能寫出來：
| 函式 | 意義 |
| -------- | -------- |
| append() | 新增括號內傳入的參數，會在 List 的最尾端 |
| remove() | 移除List裡，括號內填入的參數，ex. remove(5) 就是把 5 這個元素給刪掉，如果沒這個元素會噴錯 |
| clear() | 將 List 清空 |
| insert() | 插入括號內傳入的參數，第一個參數代表要插入的index，第二個參數代表要插入的值 |
| pop | 刪除 index 為括號內傳入的參數的元素，ex. pop(2)就是把第 3 個元素刪掉 |

# List 與 For迴圈 的應用

還記得上次我們說 For迴圈的 `in` 後方要接一個「容器」或「範圍」嗎? 現在我們已經學會了 List，List是一種容器，那我們來看看兩者之間要怎麼搭配使用吧：

classmate = ["Ina", "Ame", "Gura", "Kiara", "Calli"]

for name in classmate:
    print(name)

print()
print(name)

在上例中，我們在關鍵字 `in` 後方接了 `classmate` ，如此一來「變數name」就會遍歷 classmate 一次，而我們再把它print出來，因此這個程式就會把整個 classmate 給印出來。

另外還有一種用來創建 List 的特殊用法，是搭配 For迴圈 來運作的，假設我們要創建一個包含 0~4 這五個數字的 List，剛剛我們是直接 `number = [0, 1, 2, 3, 4]` 這樣創建，但還可以這樣做：

number = [num for num in range(5)]

print(number)

`for` 關鍵字的前方通常會加上與後方變數有關的變數，講起來很繞口，以上例來講，`for` 後面的變數是 `num`，它的值會從 0 開始跑到 4，而 `for` 前方的變數則代表每次迴圈執行，要加入迴圈的值是什麼，以上例來說就是 `num` ，也就是說上例第一行，在每次迴圈都會將`num` 加到 `number` 這個 List。

這是個好用的技巧，可以幫助我們快速的創建 List，在多看幾個例子：

number = [num**2 for num in range(5)]
print(number)

number_two = ["hi" for _ in range(5)]
print(number_two)

第一行把 0~4 的平方加進了 number 這個 List，而第四行，每次執行迴圈都會把 「"hi"」 這個字串加進 number_two 這個 List，而迴圈會執行5次。 這邊有一個小習慣，那就是如果 `for` 後面接的變數我們不會用到的話，通常我們會使用 `_` 來代替它，以第二個例子來講，每次迴圈要做的事是「加一個"hi"到 List 內」，所以 `for` 後面的變數我們不會用到它，它只是一個計數器，因此我們會用 `_` 來寫。

# Tuple

Tuple 與 List 很像，差別在於 Tuple 的元素不能被修改，也不能刪除和增加元素進去。

classmate = ("Ina", "Ame", "Gura", "Kiara", "Calli")

print(classmate)

print()

print(classmate[0])
print(classmate[1])
print(classmate[2])
print(classmate[3])
print(classmate[4])

print()

print(classmate[-5])
print(classmate[-4])
print(classmate[-3])
print(classmate[-2])
print(classmate[-1])

Tuple 前後的符號為 `()` ，要小心別和 List 搞混了，那麼 Tuple 有什麼好處呢，有兩點？

+ 元素無法修改
你可能會想說奇怪，不能修改為什麼算是好處？ 事實上很多時候資料是唯讀的，能減少被改動到的機會就盡量減少，這樣程式出錯的機率會比較低，如果你的資料是不需要改動的，那就盡量使用 Tuple 。
+ 創建時間和占用的空間都優於 List

# 二維 List

List 內的元素也可以是容器，假設我們今天的 List 要印出全班同學的名字與成績，那我們可以怎麼做呢？ 看看下面的例子：

classmate = [ ["Ina",100], ["Ame",99], ["Gura",98], ["Kiara",97], ["Calli",96] ]

print(classmate)
print()

for people in classmate:
    print(people)

上例中的 `classmate` 內的每個元素都是一個 List ，這種 List 我們就稱它為 「二維List」，那它的複雜度就會比較高了，假設我們現在想替每個同學加上號碼，可以怎麼做呢？

classmate = [ ["Ina",100], ["Ame",99], ["Gura",98], ["Kiara",97], ["Calli",96] ]

for number in range(0, len(classmate)):
    classmate[number].insert(0, f"{number+1} 號")

print(classmate)
print()

for people in classmate:
    for element in people:
        print(element, end = " ")
    print()

我們看到第四行的 `classmate[number].insert(0, f"{number+1} 號")`，首先， `classmate[number]` 代表了 `classmate` 內的第幾個元素，我們現在假設 number 是 0 ，因次第四行就會是 `classmate[0].insert(0, f"{0+1} 號")` ， `classmate[0]` 代表第一個元素，也就是 `["Ina",100]` ，而這也是一個 List ，因此我們可以對它使用跟 List 有關的函式，像是上例的 `insert` ，如果有點搞混，可以這樣想像， `classmate[0]` 就是 `["Ina",100]` ，所以 `classmate[0].insert(0, f"{0+1} 號")` 可以替換成 `["Ina",100].insert(0, f"{0+1} 號"` ，實際上並不是這樣，但這樣想像也許會比較好懂。

而下方印出 classmate 的 For迴圈 有兩層，我們先看外面這層 `for people in classmate:` ，「變數people」會遍歷 `classmate`，因此 `people` 也會是一個 List ，迴圈第一次執行時 `people` 會是 `['1 號', 'Ina', 100]` ，第二次會是 `['2 號', 'Ame', 99]` ，以此類推。

再來我們看到內層的迴圈 `for element in people:` ，「變數element」 會遍歷 `people` ，要記住 `people` 是一個 List ，因此 `element` 會是 `people` 的元素，之後我們在把 `element` 給print出來，如此一來就會把整個 classmate 給印出來了。

那我們可以利用上面學到的 List 與 For迴圈 搭配應用的創建方法來做出一個二維 List：

number = [ [num for num in range(5)] for _ in range(5)]

for i in number:
    for j in i:
        print(j,end = " ")
    print()

另外，除了遍歷的方式，我們也可以利用計數器這樣印出 number：

for i in range(len(number)):
    for j in range(len(number[i])):
        print(number[i][j], end = " ")
    print()

# 練習

### 練習1：利用 List 來完成輸入與輸出
> 輸入數字，並利用 List 儲存我們的輸入，當輸入 -1 時將剛剛的輸入全部印出來並結束程式

> 提示：利用迴圈來完成重複，並利用 `append()` 來新增元素進 List

參考解答：

L = []

while (True):
    n = int(input("> "))

    if (n == -1):
        for x in L :
            print(x, end = " ")
        break

    L.append(n)

### 練習2：利用 二維List 來印出數字塔
> 輸入一個層數，並且蓋出相對層數的數字塔， ex：

 輸入：6
 輸出：
     1     
    2 2
   3   3
  4     4
 5       5
66666666666

> 提示：想想看數字塔每個「有數字的位置」和「輸入的數字」的規則是什麼
>
> 註：這題比較難寫，因為要求了要用 二維List 給大家練習，如果想不出來可以先直接用 For迴圈 印出來後再來想看看

參考解答：

n = int(input("> "))

L = [ [" " for _ in range(2*n-1)] for _ in range(n) ]

L[0][n-1] = 1

for i in range(1,n-1):
    L[i][n-1-i] = i + 1
    L[i][n-1+i] = i + 1

L[n-1] = [ n for _ in range(2*n-1)]

for x in L:
    for y in x:
        print(y ,end="")
    print()

# 額外文章

其實 String 也是一種 List，因此對 List 的操作也可以套用到 String 上，有興趣的可以去看看文章：

**<a href = "https://nbis.pixnet.net/blog/post/58243647" class = "redlink">[python] 字元、字串(string)與串列(list)的差別</a>**
<br>

另外還有一些別的容器，但我這次只講了 List 和 Tuple，有興趣的可以看看課本：

**<a href="https://github.com/jackfrued/Python-100-Days/blob/master/Day01-15/07.%E5%AD%97%E7%AC%A6%E4%B8%B2%E5%92%8C%E5%B8%B8%E7%94%A8%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%BB%93%E6%9E%84.md" class = "redlink">07.字符串和常用數據結構</a>**

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