Python list 与 NumPy array 区分详解

Python中的列表（list）和NumPy中的数组（array）都是常用的数据结构，但它们之间有很多区别。本文将详细讲解Python list与NumPy array的区别。

Python list

Python中的列表是一种可变的有序序列，可以存储任意数量的任意类型的数据。列表使用方括号[]来表示，其中的元素逗号分隔。下面是一个简单的列表示例：

my_list = [1, 2, 3, 'hello', 'world']

Python list的基本操作

1. 访问列表元素

使用下标访问列表中的元素，下标从0开始。例如，要访问上面示例中的第一个元素，可以使用以下代码：

print(my_list[0])    # 输出：1

1. 列表元素

可以使用下标来修改列表中的元素。例如，要将上面示例中的第元素修改为10，可以使用以下：

my_list[0] = 10
print(my_list)    # 输出：[10, 2, 3, 'hello', 'world']

1. 列表切片可以使用切片来获取列表的子集。切片使用[start:end]的形式表示，其中start表示起始下标，end表示结束下标（不包含）。例如，要获取上面示例中的前三个元素，可以使用以下代码：

print(my_list[0:3])    # 输出：[10, 2, 3]

1. 列表拼接

可以使用加号+来将两个拼接成一个新的列表。例如，要将上面示例中的列表和另一个列表[4, 5, 6]拼接起来，使用以下代码：

new_list = my_list + [4, 5, 6]
print(new_list)    # 输出：[10, 2, 3, 'hello', 'world', 4, 5,6]
`

5. 列表重复

可以使用乘号*来将一个列表重复多次。例如，要将上面示例中的列表重复3次，可以使用以下代码：

```python
new_list = my_list * 3
print(new_list)    # 输出：[10, 2, 3, 'hello', 'world', 10, 2, 3, 'hello', 'world', 10, 2, 3, '', 'world']

1. 列表长度

可以使用len()函数来获取列表的长度。例如，要获取上面示例中的列表的长度，可以使用以下代码：

print(len(my_list))    # 输出5

Python list的高级操作

1. 列表排序

可以使用sort()方法对列表进行排序。例如，要对一个包含数字的列表进行排序，可以使用以下代码：

my_list = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5]
my_list.sort()
print(my_list)    # 输出：[1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 9]

1. 列表反转

可以reverse()方法将列表中的元素反转。例如，要将上面示例中的列表反转，可以使用以下代码：

my_list.reverse()
print(my_list)    输出：[5, 3, 5, 6, 2, 9, 5, 4, 1, 4, 3]

1. 列表删除元素

可以使用del语句或remove()方法来删除列表中的元素。例如，要删除上面示例中的第一个元素，可以使用以下代码：

del my_list[0]
print(my_list)    输出：[3, 5, 6, 2, 9, 5, 4, 1, 4, 3]

1. 列表插入元素

可以使用insert()方法在列表中插入元素。例如，要在上面示例中的第一个位置插入一个元素10，可以使用以下代码：

my_list.insert(0, 10)
print(my_list)    # 输出：[10, 3, 5, 6, 2, 9, 5, 4, 1, 4, 3]

NumPy array

NumPy是Python中的一个科学计算库，它提供了高性能的多维数组对象和相关的计算工具。NumPy中的数组（array）是一种固定大小的、可变类型的序列，可以存储任意数量的任意类型的数据。NumPy中的数组使用array()函数来创建，其中的元素逗号分隔。下面是一个简单的数组示例：

import numpy as np

my_array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

NumPy array的基本操作

1. 访问数组元素

使用下标访问数组中的元素，下标从0开始。例如，要访问上面示例中的第一个元素，可以使用以下代码：

print(my_array[0])    # 输出：1

1. 数组元素

可以使用下标来修改数组中的元素。例如，要将上面示例中的第一个元素修改为10，可以使用以下：

my_array[0] = 10
print(my_array)    # 输出：[10, 2, 3, 4, 5]

1. 数组切片可以使用切片来获取数组的子集。切片使用[start:end]的形式表示，其中start表示起始下标，end表示结束下标（不包含）。例如，要获取上面示例中的前三个元素，可以使用以下代码：

print(my_array[0:3])    # 输出：[10, 2, 3]

1. 数组拼接

可以使用concatenate()函数将两个数组拼接成一个新的数组。例如，要将上面示例中的数组和另一个数组[6, 7, 8]拼接起来，使用以下代码：

new_array = np.concatenate((my_array, [6, 7, 8]))
print(new_array)    # 输出：[10, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]

1. 数组重复

可以使用repeat()函数将一个数组重复多次。例如，要将上面示例中的数组重复3次，可以使用以下代码：

new_array = np.repeat(my_array, 3)
print(new_array)    # 输出：[10, 10, 10, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 5]

1. 数组长度

可以使用shape属性来获取数组的长度。例如，要获取上面示例中的数组的长度，可以使用以下代码：

print(my_array.shape)    # 输出(5,)

NumPy array的高级操作

1. 数组排序

可以使用sort()函数对数组进行。例如，要对一个包含数字的数组进行排序，可以使用以下代码：

my_array = np.array([3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5])
my_array.sort()
print(my_array)    # 输出：[1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 9]

1. 数组反转

可以使用flip()函数将数组中的元素反转。例如，要将上面示例中的数组反转，可以使用以下代码：

my_array = np.flip(my_array)
print(my_array)    # 输出：[9, 6, 5, 5, 5, 4, 3, 3, 2, 1, 1]

1. 数组删除元素

可以使用delete()函数来删除数组中的元素。例如，要删除上面示例中的第一个元素，可以使用以下代码：

my_array = np.delete(my_array, 0)
print(my_array)    # 输出：[6, 5, 5, 5, 4, 3, 3, 2, 1, 1]

1. 数组插入元素

可以使用insert()函数在数组中插入元素。例如，要在上面示例中的第一个位置插入一个元素10，可以使用以下代码：

my_array = np.insert(my_array, 0, 10)
print(my_array)    # 输出：[10, 6, 5, 5, 5, 4, 3, 3, 2, 1, 1]

Python list与NumPy array的区别

1. 数据类型

Python list可以存储任意类型的数据，而NumPy array只能存储相同类型的数据。

1. 内存占用

Python list中的元素是对象，每个对象都包含了类型信息、引用计数和其他信息，因此Python list的内存占用比NumPy array要大得多。

1. 访问速度

由于Python list中的元素是对象，因此访问速度比NumPy array要慢得多。而NumPy array中的元素是连续存储的，因此访问速度非常快。

1. 数学运算

NumPy array支持向量化运算，可以对整个数组进行数学运算，而Python list需要使用循环来实现。

示例说明

下面是示例，演示如何使用Python list和NumPy array：

import numpy as np

# 定义一个列表
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 定义一个数组
my_array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

# 访问列表和数组中的元素
print(my_list[0])    # 输出：1
print(my_array[0])    # 输出：1

# 列表和数组切片
print(my_list[0:3])    # 输出：[1, 2, 3]
print(my_array[0:3])    # 输出：[1, 2, 3]

# 列表和数组拼接
new_list = my_list + [6, 7, 8]
new_array = np.concatenate((my_array, [6, 7, 8]))
print(new_list)    # 输出：[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
print(new_array)    # 输出：[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]

# 列表和数组重复
new_list = my_list * 3
new_array = np.repeat(my_array, 3)
print(new_list)    # 输出：[1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5]
print(new_array)    # 输出：[1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 5]

# 列表和数组长度
print(len(my_list))    # 输出：5
print(my_array.shape)    # 输出：(5,)

在这个示例中，我们首先定义了一个列表my_list和一个数组my_array。然后演示了如何访问列表和数组中的元素、如何使用切片获取子集、如何使用加号+拼列表和数组、如何使用乘号*重复列表和数组、以及如何使用len()函数获取列表的长度和shape属性获取数组的长度。