第 4 课：列表（List）与元组（Tuple）

学习目标

完成本课学习后，你将能够：

理解并创建列表和元组。
掌握列表元素的基本操作（索引、切片、增删改）。
区分列表（可变）与元组（不可变）的核心特性。
运用列表和元组解决简单的数据组织问题。

核心概念

在编程中，我们经常需要存储一组相关的数据。比如，存储一周七天的名字、存储一次考试的全班成绩。Python 为我们提供了两种最基本的数据结构来存储这种有序的数据序列：列表（List） 和 元组（Tuple）。

1. 列表（List）

定义：一个列表是一个有序的、可变的数据集合。你可以把它想象成一个购物清单，你可以随时向清单里添加商品、删除商品或修改商品的数量。
创建：使用方括号 [] 来创建，元素之间用逗号 , 隔开。
关键特性：可变。这意味着你可以在创建列表后，修改、添加或删除其中的元素。

2. 元组（Tuple）

定义：一个元组是一个有序的、不可变的数据集合。你可以把它想象成一个人的身份证号码，一旦确定，就不能更改。
创建：使用圆括号 () 来创建，元素之间用逗号 , 隔开。创建只有一个元素的元组时，必须在元素后面加一个逗号，例如 (1,)。
关键特性：不可变。一旦元组被创建，你就不能修改、添加或删除其中的任何元素。

什么时候用列表，什么时候用元组？

如果你需要一个可能需要修改的数据集合（比如一个待办事项列表），使用列表。
如果你需要一个不应被修改的数据集合（比如坐标点 (x, y)、RGB颜色值 (255, 0, 0)），使用元组更安全。

代码示例

列表操作

# 创建一个列表
fruits = ['apple', 'banana', 'cherry', 'date']
print("初始列表:", fruits)

# 1. 访问元素 (索引从0开始)
first_fruit = fruits[0]  # 获取第一个元素
last_fruit = fruits[-1]  # 获取最后一个元素
print("第一个水果:", first_fruit)
print("最后一个水果:", last_fruit)

# 2. 切片 (获取子列表)
subset = fruits[1:3]  # 获取索引1到2的元素（不包含索引3）
print("子列表 (索引1到2):", subset)

# 3. 修改元素
fruits[1] = 'blueberry'
print("修改后的列表:", fruits)

# 4. 添加元素
# 在末尾添加
fruits.append('elderberry')
print("使用 append 添加后:", fruits)
# 在指定位置插入
fruits.insert(1, 'avocado')
print("使用 insert 在索引1插入后:", fruits)

# 5. 删除元素
# 根据值删除第一个匹配项
fruits.remove('cherry')
print("使用 remove 删除 'cherry' 后:", fruits)
# 根据索引删除
deleted_item = fruits.pop(0)  # 删除并返回索引0的元素
print("使用 pop 删除第一个元素后:", fruits, "，被删除的是:", deleted_item)

# 6. 列表长度
print("当前列表长度:", len(fruits))

元组操作

# 创建一个元组
point = (3, 4)
rgb_color = (255, 128, 0)
print("坐标点元组:", point)
print("颜色元组:", rgb_color)

# 1. 访问元素（与列表相同）
x = point[0]
y = point[1]
print("x坐标:", x, "y坐标:", y)

# 2. 切片（与列表相同）
primary_colors = (255, 0, 0, 0, 255, 0, 0, 0, 255)
red = primary_colors[0:3]
print("红色RGB元组:", red)

# 3. 尝试修改（会发生错误！）
# point[0] = 5  # 这行代码会引发 TypeError 错误

# 4. 元组拼接
new_point = point + (1,)  # 注意：创建单元素元组需要逗号
print("拼接后的元组:", new_point)

# 5. 元组长度
print("坐标点元组长度:", len(point))

实践练习

练习一：基础列表操作

创建一个包含你最喜欢的5种食物的列表。
打印整个列表。
打印出这个列表中的第三种食物。
将列表中的第一种食物替换为 "pizza"。
在列表的末尾添加一种新食物 "ice cream"。
删除列表中的第二种食物。
打印最终的列表及其长度。

预期输出示例（根据你的输入不同会变化）：

原始列表: ['rice', 'noodles', 'dumplings', 'soup', 'salad']
第三种食物: dumplings
修改和添加删除后的最终列表: ['pizza', 'dumplings', 'soup', 'salad', 'ice cream']
列表长度: 5

练习二：理解可变与不可变

创建一个名为 my_tuple 的元组，值为 (10, 20, 30)。
尝试使用索引将它的第一个元素改为 15（即 my_tuple[0] = 15）。
观察并理解程序输出的错误信息。
创建一个列表 my_list，初始值与元组相同 [10, 20, 30]。
使用索引将列表的第一个元素改为 15。
分别打印修改后的 my_list 和原始的 my_tuple。

预期输出示例：

尝试修改元组时将产生错误: 'tuple' object does not support item assignment
修改后的列表: [15, 20, 30]
原始元组: (10, 20, 30)

练习三：综合小应用

创建一个程序来记录一周的每日最高温度（假设为整数）。

使用一个元组来存储星期一到星期天的英文名称 ('Mon', 'Tue', 'Wed', 'Thu', 'Fri', 'Sat', 'Sun')。
使用一个列表来存储对应的最高温度（请自行假定合理数据）。
使用 for 循环和 range(len(...)) 来遍历，打印出每天的天气情况，格式为 星期X: Y°C。
计算并打印出这一周的平均最高温度。

常见错误

索引越界：试图访问列表或元组中不存在的索引。
```
lst = [1, 2, 3]
print(lst[3])  # 错误！索引只有 0, 1, 2
```
- 解决：时刻记住索引从0开始，最大索引是 长度 - 1。
混淆可变与不可变：试图修改元组中的元素。
```
t = (1, 2, 3)
t[0] = 99  # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
```
- 解决：如果数据需要被修改，一开始就选择使用列表。

单元素元组忘记逗号：

wrong_tuple = (1)  # 这只是一个整数1，不是元组
correct_tuple = (1,)  # 这才是单元素元组
print(type(wrong_tuple))  # <class 'int'>
print(type(correct_tuple)) # <class 'tuple'>

解决：创建单元素元组时，务必在元素后加逗号。

列表方法使用错误：例如，remove() 删除的是第一个匹配的值，如果值不存在会报错。
```
lst = [1, 2, 3]
lst.remove(4)  # ValueError: list.remove(x): x not in list
```
- 解决：使用前可以先用 in 关键字检查值是否存在。

小结

列表 (list)：用 [] 创建，有序且可变。你可以通过索引访问、修改、添加（append, insert）和删除（remove, pop）元素。
元组 (tuple)：用 () 创建，有序且不可变。创建后内容不能更改，适合存储不应被修改的数据。
共同点：两者都是序列类型，支持通过索引和切片访问元素，并且可以用 len() 函数获取长度。
核心区别：在于可变性。这是选择使用哪一种数据结构的关键依据。
选择建议：当数据需要频繁更新时用列表；当数据固定不变时用元组，它更安全且在某些场景下（如作为字典的键）性能更好。

理解列表和元组为你处理批量数据奠定了坚实的基础。下一课，我们将学习另外两种强大的数据结构：字典和集合。

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