如何在Python中创建元组以及为什么使用它们？

Tuple是Python中的一种内置数据类型，用于存储数据的集合。它类似于列表，但速度稍快。

然而，它的限制使得列表在某些情况下更受欢迎。在本文中，我将解释一切你需要知道的关于使用元组的方法。

什么是元组？

如前所述，元组是Python中的一种内置数据类型，用于存储数据的集合。它类似于Python列表，以可迭代、类似数组的格式存储数据。然而，与列表不同的是，元组是不可变的。也就是说，一旦创建，其值就不能被更改。

不能添加额外的元素，也不能删除现有元素。因此，当存储不会改变的数据时，元组是理想的选择。它甚至可以是不同类型的数据集合。在下一节中，我们将讨论在Python中创建元组的不同方法。

如何在Python中创建元组？

在Python中，至少有三种方法可以创建元组。在本节中，我们将介绍您可能在阅读他人代码时经常使用和看到的三种最常见的方法。

要运行以下代码示例，您需要安装Python。如果您尚未安装Python，请参阅有关安装Python的有用指南。或者，您可以在在线Python运行时中运行代码，如Google Colab。

#1. 使用元组字面量（括号）

在Python中定义元组最常见的方法是将一组值放在括号之间。这些值用逗号分隔。以下示例说明了这种方法：

# 通过将值放在括号之间创建元组
values = (1, 2, 3)

# 将元组输出到屏幕
print(values)

# 打印values变量的类型
print(type(values))

运行此代码将产生以下结果：

从输出中可以看出，元组保存了我们初始化它时的值。它也是类型为的。

在Python中创建元组时，括号不是必需的。因此，values = 1, 2, 3和values = (1, 2, 3)同样有效。但是，建议您使用括号使您的代码更容易理解。

在Python中创建只有一个元素的元组有点棘手。您需要在括号之间不仅放置一个元素，还需要添加一个逗号。以下是一个示例：

# 没有尾随逗号，这将不会创建一个元组
not_a_tuple = (1)

# 有尾随逗号，这将创建一个元组
a_tuple = (1,)

# 打印not_a_tuple
print(not_a_tuple)

# 打印not_a_tuple的数据类型
print(type(not_a_tuple))

# 打印a_tuple
print(a_tuple)

# 打印a_tuple的数据类型
print(type(a_tuple))

运行上面的代码，您会发现not_a_tuple变成了一个值为1的int类型。这在创建元组时是需要注意的。

#2. 使用构造函数

在Python中创建元组的第二种方法是使用元组构造函数。在此方法中，您调用该函数，将可迭代对象（如列表）作为参数传递给它。它将被转换为元组。以下是一个示例：

# 从值列表中创建元组
values = tuple([1, 2, 3])

# 打印values
print(values)

# 打印values标识符的数据类型
print(type(values))

如您所见，使用函数可以达到与使用字面值相同的结果。然而，函数使您能够基于动态值(例如在运行时仅已知值的列表)创建元组。使用第一种方法时，您必须在编写代码时知道组成元组的值或标识符。

#3. 创建空元组

在代码中使用元组时，您可能需要创建空元组。创建空元组的方式与预期相同。您可以在创建空元组时使用元组构造函数或字面值。以下是使用两种方法的示例：

# 使用元组字面值
empty_tuple_1 = ()

# 使用构造函数
empty_tuple_2 = tuple()

当表示一组空结果时，空元组非常有用。考虑以下函数：

def create_range(start, end):
    return tuple(range(start, end))

该函数创建一个元组，其中包含从start到end的值。如果您想要迭代函数的结果，可以使用以下代码：

my_values = create_range(0, 5)

for value in my_values:
    pass

如果您向create_range函数提供5和5，结果将是一个空元组。如果尝试对其进行迭代，将得到零次迭代，代码将正常进行。

另一方面，如果没有空元组，而是得到了None值，那么尝试对其进行迭代将抛出错误。为了防止程序崩溃，您必须对create_range函数返回None或其他表示空元组的值的边界情况进行测试。

这会导致代码混乱。理想情况下，您应尽量避免特殊情况。这意味着所有函数的返回值应具有相同的接口，以便代码尽可能在一般情况下工作。在这种情况下，这意味着始终返回一个元组，尽管有时为空。

如何访问元素

在Python中，有两种访问元组元素的方法。第一种方法是通过索引访问，第二种方法是通过解构元素访问。首先，我们将介绍如何通过索引访问元素。

通过索引访问元素

通过索引访问元素与通过索引访问列表元素类似。这可以使用方括号表示法完成。元组使用从零开始的索引系统，意味着第一个元素的索引为0，然后是索引为1的元素，直到最后一个元素。

以下示例演示了如何通过索引访问元素：

# 创建一个元组
values = (1, 2, 3, 4)

# 访问第一个元素
first_element = values[0]

# 访问第四个元素(索引为3)
fourth_element = values[3]

您还可以使用负索引。索引为-1的元素是最后一个元素，索引为-2的元素是倒数第二个元素。

# 创建元组
values = (1, 2, 3, 4)

# 访问最后一个元素
last_element = values[-1]

# 访问倒数第二个元素
second_from_last_element = values[-2] 

此外，您还可以通过对其进行切片来访问元组的子集。这类似于对列表进行切片。表示法如下[: : ]。以下示例演示了切片：

# 创建一个元组
values = (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)

# 获取前三个元素
values[1: 3]

# 获取每隔一个元素
values[::2]

遍历元素

元组是Python中的可迭代对象。因此，您可以使用for循环遍历其元素，如下例所示：

values = (1, 2, 3, 4)

for value in values:
    print(value)

当您想要访问元组中的所有元素时，此方法是理想的。

通过解构访问元素

为了说明解构的概念，考虑以下场景，在此场景中，我们尝试获取元组中的不同元素。

# 创建用于记录用户信息的元组
person_record = (1, 'John Doe', '[email protected]')

# 访问元组中的不同元素以在代码中使用
id = person_record[1]
name = person_record[2]
email = person_record[3]

Python允许我们使用一种更方便的方法来访问这些值，如下所示：

# 创建用于记录用户信息的元组
person_record = (1, 'John Doe', '[email protected]')

id, name, email = person_record

这称为解构。也就是说，第一个变量（在这种情况下是id）将被赋予元组中的第一个值，第二个变量将被赋予第二个元素，依此类推，直到元组的末尾。上面的示例等同于以下示例：

id, name, email = (1, 'John Doe', '[email protected]')

在这种情况下，我们不是将元组存储在变量中，而是立即对其进行解构。当您将此与创建元组时无需使用括号的知识相结合时，您可以这样编写代码。

id, name, email = 1, 'John Doe', '[email protected]'

在所有这些操作结束时，您将得到id、name和email变量，其值分别为1、'John Doe'和'[email protected]'。这是一种在Python中创建变量的方便且简洁的方法，您将在生产代码中看到它。了解在这种优雅的语法背后的核心概念是元组的概念。

元组和列表的区别

虽然这两者很相似，但一些关键差异使每个更适合特定的用例。了解这些差异将帮助您决定使用最佳的数据类型，并编写更好、更高效的代码。

方面	元组	列表
内存存储	存储在连续的内存中	存储在内存的不同部分
可变性	不可变（无法更改）	可变（可以更改）
速度	访问更快	访问较慢
数据类型	通常存储不同类型的数据	通常存储相同类型的数据
使用情况	通常用于存储类似值的集合，如分数。	通常用于存储类似值的集合，如分数。

元组的优势

#1. 更快

由于元组的值存储在连续的内存中，因此访问这些值比列表更快。然而，由于一旦创建后就无法更改，元组并不总是存储值集合的最佳数据结构。

他们的理想用例是将不会改变但在程序执行期间将被多次访问的大量数据存储在内存中。在这种情况下，您的程序将从元组的性能提升中获得巨大好处。

#2. 返回多个值

您可以使用元组从函数返回多个值，并解构结果。例如：

from random import randint

def create_two_numbers():
    first_num = randint(0, 9)
    second_num = randint(0, 9)

    return first_num, second_num

first_num, second_num = create_two_numbers()

在这个例子中，我们有一个函数来创建两个随机数，并将它们都返回到一个元组中。return first_num, second_num语句与写return (first_num, second_num)等效。这是因为创建元组时括号是可选的。为了访问结果，我们进行了解构。

#3. 值是只读的

一旦创建，元组是不可变的。因此，它们非常适合存储在程序执行过程中不会改变的数据。它们确保您不会在代码的其他地方意外覆盖数据。

#4. 存储多个数据类型

元组允许您存储多个数据类型的值。这允许您创建数据记录，例如在元组中存储用户的详细信息。您还可以存储更复杂的项目，如函数、字典、其他元组，甚至列表。

常见的元组方法

#1. count()

元组对象包含count方法，用于计算元素出现的次数。例如：

# 创建一个包含多个数字的元组
values = (1, 2, 3, 4, 5, 4, 4, 6)

# 计算数字4出现的次数
n_fours = values.count(4)

# 打印出数字4的次数
print(n_fours)

从这个例子中，我们可以看到数字4在我们的元组中出现了三次。

#2. index()

index方法可以用来查找元组中第一次出现的值的索引。如果该值不存在，则会抛出一个ValueError异常。以下是一些代码，说明了index方法的工作原理：

# 创建一个包含多个数字的元组
values = (1, 2, 3, 4, 5, 4, 4, 6)

# 查找数字4的索引
index_of_four = values.index(4)
print("数字4的索引:", index_of_four)

# 查找数字9的索引
index_of_nine = values.index(9)
print("数字9的索引:", index_of_nine)

运行上面的代码时，输出如下：

在这种情况下，数字4的索引是3，代码运行没有问题。但是当要找到数字9的索引时，程序引发了异常。在编写使用index方法的Python程序时，处理此类异常非常重要。

#3. len()

像Python中的所有可迭代对象一样，元组有一个长度属性，您可以在将元组作为参数传递给len()函数时访问该属性。

# 创建一个元组
values = (1, 2, 3, 4)

# 获取长度
length = len(values)

# 输出结果
print(length)

这是运行上述代码的结果。

#4. min() 和 max()

min和max方法通过循环遍历可迭代对象的每个元素，并比较其与前一个元素的大小。最终，max将返回可迭代对象中的最大元素，而min将返回最小元素。

对于数字，操作很明显。对于字符串，Python将使用字母顺序。如果字符串按字母顺序编写，则由min返回的最小单词是第一个单词。而最大单词是最后一个单词。如果可迭代对象包含不同数据类型的混合，则这两个操作都将失败，因为Python不知道如何比较不同的数据类型。

下面是一个代码示例：

# 创建包含数值的元组
values = (1, 2, 3, 4, 5)

# 获取最大值
largest = max(values)

# 获取最小值
smallest = min(values)

# 输出结果
print(largest)
print(smallest)

#5. sorted()

Python中的sorted函数接受一个可迭代对象，并返回一个排序后的元素列表。您可以调用sorted函数，将元组作为参数传入，并获取按字母顺序排列的元组的元素列表。要将排序后的列表转换为元组，可以使用构造函数。以下是一个示例：

# 创建一个顺序随机的元组
values = (1, 5, 3, 3, 2, 4)

# 使用sorted将值排序为列表
sorted_list = sorted(values)

# 将列表转换为元组
sorted_tuple = tuple(sorted_list)

# 打印输出
print(sorted_tuple)

#6. 添加和乘法元组

两个元组的加法操作只是简单地将它们连接在一起。乘法操作将元组的元素重复多次，次数为您乘以的值。以下是一个示例，说明这两个操作：

# 创建包含一些值的元组
values = (1, 2, 3, 4, 5)

# 使用加法创建新的元组
added = values + values

# 使用乘法创建新的元组
multiplied = values * 2

print("values + values =", added)
print("values * 2 =", multiplied)

最后的话

在本文中，您学到了以下内容：

• 元组是用于存储值集合的类似列表的对象。
• 与列表不同，它们是不可变的。
• 它们比列表更快更高效。
• 可以使用括号和逗号分隔的值构造它们。
• 也可以使用tuple构造函数来构造它们。
• 可以使用基于零的索引系统访问单个值。
• 还可以从元组中解构值。
• 还可以使用for循环迭代值。
• 可以使用的不同方法与元组一起使用。

接下来，您可能想要查看更多Python内容，例如Python List Methods和Python Dictionary Methods。