1. 基礎語法：列表推導式概述

列表推導式（List Comprehension）是 Python 中用於生成列表的簡潔且高效的方式。它能通過一行代碼替代傳統的 for 循環，從而讓代碼更加簡潔和易讀。

基本語法：

[expression for item in iterable]
  • expression：生成的元素
  • item：當前迭代元素
  • iterable：可以迭代的對象，如列表、元組等

示例：

squares = [x**2 for x in range(10)]
# 輸出: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

2. 對比：列表推導式 vs 普通 for 循環

通過使用列表推導式，代碼會更加簡潔且執行效率高。讓我們對比一個普通的 for 循環和列表推導式：

普通 for 循環：

squares = []
for x in range(10):
    squares.append(x**2)

列表推導式：

squares = [x**2 for x in range(10)]
  • 簡潔性：列表推導式通常比傳統的 for 循環簡潔。
  • 效率：列表推導式通常比 for 循環更快，主要是因為它是用 C 語言實現的，減少了 Python 層的函數調用開銷。

3. 高級用法：條件篩選

列表推導式不僅僅能用於生成元素，還可以在生成元素時添加條件過濾。

語法：

[expression for item in iterable if condition]

示例：

even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
# 輸出: [0, 4, 16, 36, 64]

4. 嵌套推導式：多層嵌套

當我們需要處理二維數據結構（例如矩陣）時，嵌套推導式非常有用。

示例：

matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
flattened = [element for row in matrix for element in row]
# 輸出: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

5. 複雜場景優化：結合函數

當涉及到更復雜的邏輯時，列表推導式和函數的結合能夠使代碼更加簡潔。

示例：

def is_even(x):
    return x % 2 == 0

even_numbers = [x for x in range(20) if is_even(x)]
# 輸出: [0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

6. 常見錯誤案例：

  1. 漏寫條件
    錯誤示例：
squares = [x**2 for x in range(10)] if x % 2 == 0  # 錯誤，`if` 應該放在循環體內
  1. 迭代變量作用域問題
    錯誤示例：
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(x)  # 這裏會報錯，x 在列表推導式之外不可用
  1. 不正確的條件過濾
    錯誤示例：
even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == '0']  # 條件應該是整數而不是字符串

7. 性能考量與優化

儘管列表推導式比傳統 for 循環在執行上更高效，但在處理大數據集時，依然要考慮內存消耗。如果處理的數據量非常大，可以考慮使用生成器表達式代替列表推導式來降低內存佔用。

生成器表達式：

squares_gen = (x**2 for x in range(10))

這會創建一個生成器，而不是一個完整的列表，因此在處理大量數據時，它能節省內存。

8. 總結：

  • 列表推導式簡化了代碼的編寫，使得代碼更加優雅且易於理解。
  • 對比傳統 for 循環，列表推導式通常會有更好的性能表現。
  • 在處理複雜場景時，可以結合條件篩選、函數和嵌套推導式來解決問題。
  • 對於大數據集，使用生成器表達式能有效節省內存。

掌握了列表推導式的用法後，你的 Python 代碼不僅更簡潔，還能在實際開發中提高效率。