## 第013课：列表和元组的应用

列表和元组在编写应用程序时都非常有用，我们通过下面几个案例帮助大家熟悉列表和元组的使用方法。

### 经典的案例

#### 案例1：成绩表和平均分统计。

> **说明**：录入5个学生3门课程的考试成绩，计算每个学生的平均分和每门课的平均分。

这个案例我们在之前说到过，而且提醒过大家在使用嵌套列表时应该避开的坑，下面我们给出完整的代码。

```Python
"""
录入5个学生3门课程的考试成绩
计算每个学生的平均分和每门课的平均分

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']
courses = ['语文', '数学', '英语']
# 用生成式创建嵌套的列表保存5个学生3门课程的成绩
scores = [[0] * len(courses) for _ in range(len(names))]
# 录入数据
for i, name in enumerate(names):
    print(f'请输入{name}的成绩 ===>')
    for j, course in enumerate(courses):
        scores[i][j] = float(input(f'{course}: '))
print()
print('-' * 5, '学生平均成绩', '-' * 5)
# 计算每个人的平均成绩
for index, name in enumerate(names):
    avg_score = sum(scores[index]) / len(courses)
    print(f'{name}的平均成绩为: {avg_score:.1f}分')
print()
print('-' * 5, '课程平均成绩', '-' * 5)
# 计算每门课的平均成绩
for index, course in enumerate(courses):
    # 用生成式从scores中取出指定的列创建新列表
    curr_course_scores = [score[index] for score in scores]
    avg_score = sum(curr_course_scores) / len(names)
    print(f'{course}的平均成绩为：{avg_score:.1f}分')
```

上面对列表进行遍历的时候，使用了`enumerate`函数，这个函数非常有用。我们之前讲过循环遍历列表的两种方法，一种是通过索引循环遍历，一种是直接遍历列表元素。通过`enumerate`处理后的列表在循环遍历时会取到一个二元组，解包之后第一个值是索引，第二个值是元素，下面是一个简单的对比。

```Python
items = ['Python', 'Java', 'Go', 'Swift']

for index in range(len(items)):
    print(f'{index}: {items[index]}')

for index, item in enumerate(items):
    print(f'{index}: {item}')
```

#### 案例2：设计一个函数返回指定日期是这一年的第几天。

> **说明**：这个案例源于著名的*The C Programming Language*上的例子。

```Python
"""
计算指定的年月日是这一年的第几天

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
def is_leap_year(year):
    """判断指定的年份是不是闰年，平年返回False，闰年返回True"""
    return year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or year % 400 == 0


def which_day(year, month, date):
    """计算传入的日期是这一年的第几天
    :param year: 年
    :param month: 月
    :param date: 日
    """
    # 用嵌套的列表保存平年和闰年每个月的天数
    days_of_month = [
        [31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31],
        [31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]
    ]
    # 布尔值False和True可以转换成整数0和1，因此
    # 平年会选中嵌套列表中的第一个列表(2月是28天)
    # 闰年会选中嵌套列表中的第二个列表(2月是29天)
    days = days_of_month[is_leap_year(year)]
    total = 0
    for index in range(month - 1):
        total += days[index]
    return total + date


print(which_day(1980, 11, 28))    # 333
print(which_day(1981, 12, 31))    # 365
print(which_day(2018, 1, 1))      # 1
print(which_day(2016, 3, 1))      # 61
```

#### 案例3：实现双色球随机选号。

> **说明**：双色球属乐透型彩票范畴，由中国福利彩票发行管理中心统一组织发行，在全国范围内销售。红球号码范围为01～33，蓝球号码范围为01～16。双色球每期从33个红球中开出6个号码，从16个蓝球中开出1个号码作为中奖号码，双色球玩法即是竞猜开奖号码的6个红球号码和1个蓝球号码。

这个题目的思路是用一个列表保存红色球的号码，然后通过`random`模块的`sample`函数实现无放回抽样，这样就可以抽中6个不重复的红色球号码。红色球需要排序，可以使用列表的`sort`方法，显示的时候一位数前面需要做补`0`的操作，可以用字符串格式化的方式来处理。

```Python
"""
双色球随机选号

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
from random import randint, sample


def display(balls):
    """输出列表中的双色球号码"""
    for index, ball in enumerate(balls):
        if index == len(balls) - 1:
            print('|', end=' ')
        print(f'{ball:0>2d}', end=' ')
    print()


def random_select():
    """随机选择一组号码"""
    # 用生成式生成1到33号的红色球
    red_balls = [x for x in range(1, 34)]
    # 通过无放回随机抽样的方式选中6个红色球
    selected_balls = sample(red_balls, 6)
    # 对红色球进行排序
    selected_balls.sort()
    # 用1到16的随机数表示选中的蓝色球并追加到列表中
    selected_balls.append(randint(1, 16))
    return selected_balls


n = int(input('机选几注: '))
for _ in range(n):
    display(random_select())
```

> **提示**：彩票的本质是：**虚构一个不劳而获的事，去忽悠一群想不劳而获的人，最终养活一批真正不劳而获的人**。所以，**珍爱生命，远离各种形式的赌博**。

#### 案例4：幸运的女人。

> **说明**：有15个男人和15个女人乘船在海上遇险，为了让一部分人活下来，不得不将其中15个人扔到海里，有个人想了个办法让大家围成一个圈，由某个人开始从1报数，报到9的人就扔到海里面，他后面的人接着从1开始报数，报到9的人继续扔到海里面，直到将15个人扔到海里。最后15个女人都幸免于难，15个男人都被扔到了海里。问这些人最开始是怎么站的，哪些位置是男人，哪些位置是女人。

上面这个问题其实就是著名的约瑟夫环问题。我们可以通过一个列表来保存这30个人是死是活的状态，例如用布尔值`True`表示活着的人，用`False`表示被扔到海里的人。最开始的时候列表中的30个元素都是`True`，然后我们通过循环的方式去执行报数，找到要扔到海里的人并将对应的列表元素标记为`False`，循环会执行到将列表中的15个元素标记为`False`，循环的过程中，列表的索引始终在`0`到`29`的范围，超过`29`就回到`0`，这样刚好可以形成一个闭环。

```Python
"""
幸运的女人(约瑟夫环问题)

Version: 0.1
Author: 骆昊
"""
persons = [True] * 30
# counter - 扔到海里的人数
# index - 访问列表的索引
# number - 报数的数字
counter, index, number = 0, 0, 0
while counter < 15:
    if persons[index]:
        number += 1
        if number == 9:
            persons[index] = False
            counter += 1
            number = 0
    index += 1
    index %= 30
for person in persons:
    print('女' if person else '男', end='')
```

### 简单的总结

**列表和元组都很重要**，学会这两种数据类型，我们能做的事情又多了很多。

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