Python标准库13 循环器 (itertools)

循环对象函数对象中,我们了解了循环器(iterator)的功能。循环器是对象的容器,包含有多个对象。通过调用循环器的next()方法 (__next__()方法,在Python 3.x中),循环器将依次返回一个对象。直到所有的对象遍历穷尽,循环器将举出StopIteration错误。

在for i in iterator结构中,循环器每次返回的对象将赋予给i,直到循环结束。使用iter()内置函数,我们可以将诸如表、字典等容器变为循环器。比如

for i in iter([2, 4, 5, 6]):
    print(i)

标准库中的itertools包提供了更加灵活的生成循环器的工具。这些工具的输入大都是已有的循环器。另一方面,这些工具完全可以自行使用Python实现,该包只是提供了一种比较标准、高效的实现方式。这也符合Python“只有且最好只有解决方案”的理念。

# import the tools
from itertools import *

无穷循环器

count(5, 2)     #从5开始的整数循环器,每次增加2,即5, 7, 9, 11, 13, 15 ...

cycle('abc')    #重复序列的元素,既a, b, c, a, b, c ...

repeat(1.2)     #重复1.2,构成无穷循环器,即1.2, 1.2, 1.2, ...

repeat也可以有一个次数限制:

repeat(10, 5)   #重复10,共重复5次

函数式工具

函数式编程是将函数本身作为处理对象的编程范式。在Python中,函数也是对象,因此可以轻松的进行一些函数式的处理,比如map(), filter(), reduce()函数。

itertools包含类似的工具。这些函数接收函数作为参数,并将结果返回为一个循环器。

比如

from itertools import *

rlt = imap(pow, [1, 2, 3], [1, 2, 3])

for num in rlt:
    print(num)

上面显示了imap函数。该函数与map()函数功能相似,只不过返回的不是序列,而是一个循环器。包含元素1, 4, 27,即1**1, 2**2, 3**3的结果。函数pow(内置的乘方函数)作为第一个参数。pow()依次作用于后面两个列表的每个元素,并收集函数结果,组成返回的循环器。

此外,还可以用下面的函数:

starmap(pow, [(1, 1), (2, 2), (3, 3)])

pow将依次作用于表的每个tuple。

ifilter函数与filter()函数类似,只是返回的是一个循环器。

ifilter(lambda x: x > 5, [2, 3, 5, 6, 7]

将lambda函数依次作用于每个元素,如果函数返回True,则收集原来的元素。6, 7

此外,

ifilterfalse(lambda x: x > 5, [2, 3, 5, 6, 7])

与上面类似,但收集返回False的元素。2, 3, 5

takewhile(lambda x: x < 5, [1, 3, 6, 7, 1])

当函数返回True时,收集元素到循环器。一旦函数返回False,则停止。1, 3

dropwhile(lambda x: x < 5, [1, 3, 6, 7, 1])

当函数返回False时,跳过元素。一旦函数返回True,则开始收集剩下的所有元素到循环器。6, 7, 1

组合工具

我们可以通过组合原有循环器,来获得新的循环器。

chain([1, 2, 3], [4, 5, 7])      # 连接两个循环器成为一个。1, 2, 3, 4, 5, 7

product('abc', [1, 2])   # 多个循环器集合的笛卡尔积。相当于嵌套循环       

for m, n in product('abc', [1, 2]):
    print m, n

permutations('abc', 2)   # 从'abcd'中挑选两个元素,比如ab, bc, ... 将所有结果排序,返回为新的循环器。

注意,上面的组合分顺序,即ab, ba都返回。

combinations('abc', 2)   # 从'abcd'中挑选两个元素,比如ab, bc, ... 将所有结果排序,返回为新的循环器。

注意,上面的组合不分顺序,即ab, ba的话,只返回一个ab。

combinations_with_replacement('abc', 2) # 与上面类似,但允许两次选出的元素重复。即多了aa, bb, cc

groupby()

将key函数作用于原循环器的各个元素。根据key函数结果,将拥有相同函数结果的元素分到一个新的循环器。每个新的循环器以函数返回结果为标签。

这就好像一群人的身高作为循环器。我们可以使用这样一个key函数: 如果身高大于180,返回"tall";如果身高底于160,返回"short";中间的返回"middle"。最终,所有身高将分为三个循环器,即"tall", "short", "middle"。

def height_class(h):
    if h > 180:
        return "tall"
    elif h < 160:
        return "short"
    else:
        return "middle"

friends = [191, 158, 159, 165, 170, 177, 181, 182, 190]

friends = sorted(friends, key = height_class)
for m, n in groupby(friends, key = height_class):
    print(m)
    print(list(n))

注意,groupby的功能类似于UNIX中的uniq命令。分组之前需要使用sorted()对原循环器的元素,根据key函数进行排序,让同组元素先在位置上靠拢。

其它工具

compress('ABCD', [1, 1, 1, 0])  # 根据[1, 1, 1, 0]的真假值情况,选择第一个参数'ABCD'中的元素。A, B, C

islice()                        # 类似于slice()函数,只是返回的是一个循环器

izip()                          # 类似于zip()函数,只是返回的是一个循环器。

总结

itertools的工具都可以自行实现。itertools只是提供了更加成形的解决方案。

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