Python的切片表示法是如何工作的?也就是说:当我编写[x:y:z]、a[:]、a]::2]等代码时,我如何理解哪些元素最终会出现在切片中?请在适当的地方附上参考资料。


另请参见:为什么切片和范围上限是互斥的?


当前回答

我发现更容易记住它是如何工作的,然后我可以找出任何特定的开始/停止/步骤组合。

首先了解range()是很有启发性的:

def range(start=0, stop, step=1):  # Illegal syntax, but that's the effect
    i = start
    while (i < stop if step > 0 else i > stop):
        yield i
        i += step

从起点开始,一步一步递增,不要到达终点。非常简单。

关于消极步骤,需要记住的一点是,停止总是被排除的终点,无论它是高还是低。如果您希望相同的切片以相反的顺序进行,则单独进行反转会更为简单:例如,“abcde”[1:-2][::-1]从左侧切下一个字符,从右侧切下两个字符,然后反转。(另请参见reversed()。)

序列切片是相同的,只是它首先规范了负索引,并且它永远不能超出序列:

TODO:当abs(step)>1时,下面的代码出现了一个错误:“从不超出序列”;我认为我修补了它是正确的,但很难理解。

def this_is_how_slicing_works(seq, start=None, stop=None, step=1):
    if start is None:
        start = (0 if step > 0 else len(seq)-1)
    elif start < 0:
        start += len(seq)
    if not 0 <= start < len(seq):  # clip if still outside bounds
        start = (0 if step > 0 else len(seq)-1)
    if stop is None:
        stop = (len(seq) if step > 0 else -1)  # really -1, not last element
    elif stop < 0:
        stop += len(seq)
    for i in range(start, stop, step):
        if 0 <= i < len(seq):
            yield seq[i]

不要担心“无”的细节——只需记住,省略开始和/或停止总是正确的做法,以提供整个序列。

首先规范化负索引允许开始和/或停止从结尾独立计数:'abcde'[1:-2]=='abcde'[1:3]=='bc',尽管范围(1,-2)==[]。标准化有时被认为是“对长度取模”,但注意它只增加了一次长度:例如,“abcde”[-53:42]只是整个字符串。

其他回答

已经有很多答案了,但我想添加一个性能比较

~$ python3.8 -m timeit -s 'fun = "this is fun;slicer = slice(0, 3)"' "fun_slice = fun[slicer]" 
10000000 loops, best of 5: 29.8 nsec per loop
~$ python3.8 -m timeit -s 'fun = "this is fun"' "fun_slice = fun[0:3]" 
10000000 loops, best of 5: 37.9 nsec per loop
~$ python3.8 -m timeit -s 'fun = "this is fun"' "fun_slice = fun[slice(0, 3)]" 
5000000 loops, best of 5: 68.7 nsec per loop
~$ python3.8 -m timeit -s 'fun = "this is fun"' "slicer = slice(0, 3)" 
5000000 loops, best of 5: 42.8 nsec per loop

因此,如果您重复使用同一个切片,使用切片对象将有益并提高可读性。然而,如果您只进行了几次切片,则应首选[:]表示法。

解释Python的切片表示法

简而言之,下标表示法(subscriptable[subscriptarg])中的冒号(:)构成切片表示法,它具有可选的参数start、stop和step:

sliceable[start:stop:step]

Python切片是一种快速计算的方法,可以系统地访问部分数据。在我看来,要成为一名中级Python程序员,这是语言的一个必须熟悉的方面。

重要定义

首先,让我们定义几个术语:

start:切片的起始索引,除非它与stop相同,否则它将包含该索引处的元素,默认为0,即第一个索引。如果是负数,则表示从末尾开始n个项目。stop:切片的结束索引,它不包括该索引处的元素,默认为切片序列的长度,即,直到并包括结束。step:索引增加的量,默认为1。如果它是负的,那么你正在反向切片可迭代的。

索引的工作原理

你可以做这些正数或负数中的任何一个。正数的含义很简单,但对于负数,就像Python中的索引一样,从开始和停止的末尾开始向后计数,对于步骤,只需减少索引。此示例来自文档的教程,但我对其进行了轻微修改,以指示每个索引引用的序列中的哪个项:

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
   0   1   2   3   4   5 
  -6  -5  -4  -3  -2  -1

切片的工作原理

要对支持它的序列使用切片表示法,必须在序列后面的方括号中至少包含一个冒号(根据Python数据模型,这实际上实现了序列的__getitem_方法)

切片表示法的工作原理如下:

sequence[start:stop:step]

回想一下,start、stop和step都有默认值,所以要访问默认值,只需省略参数即可。

从列表(或任何其他支持它的序列,如字符串)中获取最后九个元素的切片表示法如下所示:

my_list[-9:]

当我看到这一点时,我把括号里的部分读成了“从结尾到结尾的第9个”(实际上,我在心里把它缩写为“-9,on”)

说明:

完整符号为

my_list[-9:None:None]

并替换默认值(实际上,当step为负值时,stop的默认值为-len(my_list)-1,因此None for stop实际上意味着它将转到任何结束步骤):

my_list[-9:len(my_list):1]

冒号:是告诉Python你给它一个切片,而不是一个常规索引。这就是为什么在Python2中制作列表浅拷贝的惯用方法是

list_copy = sequence[:]

清除它们的方法是:

del my_list[:]

(Python 3获得list.copy和list.clear方法。)

当步骤为负时,启动和停止的默认值将更改

默认情况下,当step参数为空(或None)时,将其赋值为+1。

但是您可以传入一个负整数,列表(或大多数其他标准可切片)将从结尾到开头进行切片。

因此,负切片将更改开始和停止的默认值!

在源中确认

我希望鼓励用户阅读源代码和文档。切片对象和此逻辑的源代码位于此处。首先,我们确定步骤是否为负:

step_is_negative=step_sign<0;

如果是这样的话,下限是-1,意味着我们一直切到并包括开头,上限是长度减1,意味着从结尾开始。(注意,这个-1的语义不同于用户可以在Python中传递指示最后一项的索引的-1。)

if(step_is_negative){lower=PyLong_FromLong(-1L);if(下限==NULL)转到错误;上限=PyNumber_Add(长度,下限);if(上限==NULL)转到错误;}

否则,step为正值,下限将为零,上限(我们将向上,但不包括)为切片列表的长度。

其他{lower=_PyLong_Zero;Py_INCREF(下部);上限=长度;Py_INCREF(上部);}

然后,我们可能需要应用start和stop的默认值。如果step为负值,那么start的默认值将计算为上限:

如果(self->start==Py_None){start=step_is_negative?上部:下部;Py_INCREF(启动);}

并停止,下限:

如果(self->stop==Py_None){stop=step_is_negative?下:上;Py_INCREF(停止);}

给你的切片起个描述性的名字!

您可能会发现将形成切片与将其传递到列表分开是很有用的__getitem_方法(这就是方括号的作用)。即使你不是新手,它也能让你的代码更可读,这样其他可能需要阅读你的代码的人就能更容易地理解你在做什么。

但是,不能只将一些用冒号分隔的整数分配给变量。您需要使用切片对象:

last_nine_slice = slice(-9, None)

第二个参数None是必需的,因此第一个参数被解释为开始参数,否则它将是停止参数。

然后可以将切片对象传递给序列:

>>> list(range(100))[last_nine_slice]
[91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99]

有趣的是,范围也可以分片:

>>> range(100)[last_nine_slice]
range(91, 100)

内存注意事项:

由于Python列表的切片会在内存中创建新的对象,因此需要注意的另一个重要函数是itertool.islice。通常,您需要对切片进行迭代,而不仅仅是在内存中静态创建。islice非常适合这个。需要注意的是,它不支持开始、停止或步骤的负参数,因此如果这是一个问题,您可能需要提前计算索引或反转可迭代项。

length = 100
last_nine_iter = itertools.islice(list(range(length)), length-9, None, 1)
list_last_nine = list(last_nine_iter)

现在:

>>> list_last_nine
[91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99]

列表切片复制是列表本身的一个特点。如果您正在切片像PandasDataFrame这样的高级对象,它可能会返回原始对象的视图,而不是副本。

如果你觉得切片中的负指数令人困惑,这里有一个非常简单的方法来考虑:用len-index替换负指数。例如,用len(list)-3替换-3。

说明切片在内部做什么的最佳方法是在实现此操作的代码中显示它:

def slice(list, start = None, end = None, step = 1):
  # Take care of missing start/end parameters
  start = 0 if start is None else start
  end = len(list) if end is None else end

  # Take care of negative start/end parameters
  start = len(list) + start if start < 0 else start
  end = len(list) + end if end < 0 else end

  # Now just execute a for-loop with start, end and step
  return [list[i] for i in range(start, end, step)]

上面的答案不讨论切片分配。为了理解切片分配,可以在ASCII艺术中添加另一个概念:

                +---+---+---+---+---+---+
                | P | y | t | h | o | n |
                +---+---+---+---+---+---+
Slice position: 0   1   2   3   4   5   6
Index position:   0   1   2   3   4   5

>>> p = ['P','y','t','h','o','n']
# Why the two sets of numbers:
# indexing gives items, not lists
>>> p[0]
 'P'
>>> p[5]
 'n'

# Slicing gives lists
>>> p[0:1]
 ['P']
>>> p[0:2]
 ['P','y']

一种启发式方法是,对于从零到n的切片,思考:“零是开始,从开始开始,在列表中取n个项目”。

>>> p[5] # the last of six items, indexed from zero
 'n'
>>> p[0:5] # does NOT include the last item!
 ['P','y','t','h','o']
>>> p[0:6] # not p[0:5]!!!
 ['P','y','t','h','o','n']

另一种启发式方法是,“对于任何一个切片,用零替换开头,应用前面的启发式方法获得列表的结尾,然后将第一个数字向后计数,以从开头删除项目”

>>> p[0:4] # Start at the beginning and count out 4 items
 ['P','y','t','h']
>>> p[1:4] # Take one item off the front
 ['y','t','h']
>>> p[2:4] # Take two items off the front
 ['t','h']
# etc.

切片分配的第一个规则是,由于切片返回一个列表,所以切片分配需要一个列表(或其他可迭代的):

>>> p[2:3]
 ['t']
>>> p[2:3] = ['T']
>>> p
 ['P','y','T','h','o','n']
>>> p[2:3] = 't'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: can only assign an iterable

切片分配的第二个规则(您也可以在上面看到)是,无论切片索引返回列表的哪个部分,都是由切片分配更改的相同部分:

>>> p[2:4]
 ['T','h']
>>> p[2:4] = ['t','r']
>>> p
 ['P','y','t','r','o','n']

切片分配的第三条规则是,分配的列表(可迭代)不必具有相同的长度;索引切片被简单地切片,并被分配的任何内容整体替换:

>>> p = ['P','y','t','h','o','n'] # Start over
>>> p[2:4] = ['s','p','a','m']
>>> p
 ['P','y','s','p','a','m','o','n']

最难习惯的部分是分配给空切片。使用启发式1和2,很容易让你的头脑围绕空切片进行索引:

>>> p = ['P','y','t','h','o','n']
>>> p[0:4]
 ['P','y','t','h']
>>> p[1:4]
 ['y','t','h']
>>> p[2:4]
 ['t','h']
>>> p[3:4]
 ['h']
>>> p[4:4]
 []

然后,一旦您看到了这一点,将切片分配给空切片也是有意义的:

>>> p = ['P','y','t','h','o','n']
>>> p[2:4] = ['x','y'] # Assigned list is same length as slice
>>> p
 ['P','y','x','y','o','n'] # Result is same length
>>> p = ['P','y','t','h','o','n']
>>> p[3:4] = ['x','y'] # Assigned list is longer than slice
>>> p
 ['P','y','t','x','y','o','n'] # The result is longer
>>> p = ['P','y','t','h','o','n']
>>> p[4:4] = ['x','y']
>>> p
 ['P','y','t','h','x','y','o','n'] # The result is longer still

请注意,因为我们没有更改切片的第二个编号(4),所以插入的项目总是紧靠“o”堆叠,即使我们分配给空切片也是如此。因此,空切片分配的位置是非空切片分配位置的逻辑扩展。

稍微后退一点,当你继续进行我们的切片开始计数过程时会发生什么?

>>> p = ['P','y','t','h','o','n']
>>> p[0:4]
 ['P','y','t','h']
>>> p[1:4]
 ['y','t','h']
>>> p[2:4]
 ['t','h']
>>> p[3:4]
 ['h']
>>> p[4:4]
 []
>>> p[5:4]
 []
>>> p[6:4]
 []

通过切片,一旦你完成,你就完成了;它不会开始向后倾斜。在Python中,除非使用负数明确要求,否则不会获得负的步幅。

>>> p[5:3:-1]
 ['n','o']

“一旦你完成了,你就完成了”规则会产生一些奇怪的后果:

>>> p[4:4]
 []
>>> p[5:4]
 []
>>> p[6:4]
 []
>>> p[6]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range

事实上,与索引相比,Python切片具有奇怪的防错误性:

>>> p[100:200]
 []
>>> p[int(2e99):int(1e99)]
 []

这有时会派上用场,但也会导致一些奇怪的行为:

>>> p
 ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']
>>> p[int(2e99):int(1e99)] = ['p','o','w','e','r']
>>> p
 ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n', 'p', 'o', 'w', 'e', 'r']

根据您的应用程序,这可能。。。或者可能不。。。成为你在那里所希望的!


以下是我的原始答案。它对很多人都很有用,所以我不想删除它。

>>> r=[1,2,3,4]
>>> r[1:1]
[]
>>> r[1:1]=[9,8]
>>> r
[1, 9, 8, 2, 3, 4]
>>> r[1:1]=['blah']
>>> r
[1, 'blah', 9, 8, 2, 3, 4]

这也可以澄清切片和索引之间的区别。

前面的答案没有讨论使用著名的NumPy包可以实现的多维数组切片:

切片也可以应用于多维数组。

# Here, a is a NumPy array

>>> a
array([[ 1,  2,  3,  4],
       [ 5,  6,  7,  8],
       [ 9, 10, 11, 12]])
>>> a[:2, 0:3:2]
array([[1, 3],
       [5, 7]])

逗号前的“:2”作用于第一维度,逗号后的“0:3:2”作用于第二维度。