课程 22：元组与排序

1. 元组基础与进阶

1.1 什么是元组？

1.2 元组的定义与访问

# 定义元组
t = (1, 2, 3)
print(t[0])
# 单元素元组
t1 = (5,)
# 嵌套元组
t2 = (1, (2, 3), 4)
print(t2[1][0])

1.3 元组的解包与多返回值

# 多变量赋值
x, y, z = (1, 2, 3)
# 星号解包
head, *body, tail = (1, 2, 3, 4, 5)
print(head, body, tail)  # 1 [2, 3, 4] 5
# 函数多返回值
def min_max(lst):
    return min(lst), max(lst)
lo, hi = min_max([3, 1, 4])
print(lo, hi)

1.4 namedtuple与类型注解

from collections import namedtuple
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
p = Point(3, 4)
print(p.x, p.y)
# 类型注解
from typing import Tuple
point: Tuple[int, int] = (3, 4)

1.5 元组的hash特性与不可变性安全

t = (1, 2, 3)
print(hash(t))
# 元组可作为dict的key，list不行
d = {(1,2): 'a'}
print(d[(1,2)])
# t[0] = 10  # TypeError

1.6 元组与list互转、内存与性能

lst = [1,2,3]
t = tuple(lst)
lst2 = list(t)
import sys
print(sys.getsizeof(lst), sys.getsizeof(t))

1.7 tuple vs list vs set vs dict

特性	tuple	list	set	dict
可变性	不可变	可变	可变	可变
有序性	有序	有序	无序	3.7+有序
可哈希	是	否	否	否
用途	只读/键	通用	去重	映射

2. 元组的不可变性与应用

2.1 不可变性

t = (1, 2, 3)
# t[0] = 10  # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

t = ([1,2], 3)
t[0][0] = 99
print(t)  # ([99, 2], 3)

3. 排序详解与算法原理

3.1 sorted与sort

nums = [3, 1, 4, 1, 5]
print(sorted(nums))  # 返回新列表
nums.sort(reverse=True)
print(nums)  # 原地排序

3.2 key参数与自定义排序

words = ['apple', 'banana', 'pear', 'grape']
print(sorted(words, key=len))  # 按长度排序
# 排序元组列表
students = [('Alice', 95), ('Bob', 88), ('Tom', 90)]
print(sorted(students, key=lambda x: x[1], reverse=True))

3.3 operator模块与itemgetter

from operator import itemgetter
students = [('Alice', 95), ('Bob', 88), ('Tom', 90)]
print(sorted(students, key=itemgetter(1), reverse=True))

3.4 多级排序与分组聚合

# 按成绩降序，成绩相同按姓名升序
students = [('Alice', 95), ('Bob', 88), ('Tom', 95)]
result = sorted(students, key=lambda x: (-x[1], x[0]))
print(result)
# 分组聚合
grouped = {}
for name, score in students:
    grouped.setdefault(score, []).append(name)
print(grouped)

3.5 排序性能分析与大数据处理

import random, time
lst = [random.randint(0, 100000) for _ in range(10**6)]
start = time.time()
sorted(lst)
print('耗时:', time.time()-start)

4. 实际应用案例与可视化

4.1 元组作为字典键

d = {('Alice', 'Math'): 95, ('Bob', 'Math'): 88}
print(d[('Alice', 'Math')])

4.2 数据分析与可视化

import matplotlib.pyplot as plt
scores = [('Alice', 95), ('Bob', 88), ('Tom', 90)]
names = [x[0] for x in scores]
values = [x[1] for x in scores]
plt.bar(names, values)
plt.show()

4.3 真实项目案例

# 经纬度坐标存储与排序
gps_points = [(39.9, 116.4), (31.2, 121.5), (22.5, 114.1)]
gps_points.sort(key=lambda x: x[0])
# 复杂数据分组与排名
from collections import defaultdict
scores = [('Alice', 'A', 95), ('Bob', 'B', 88), ('Tom', 'A', 90)]
grouped = defaultdict(list)
for name, cls, score in scores:
    grouped[cls].append((name, score))
for cls, items in grouped.items():
    print(cls, sorted(items, key=lambda x: -x[1]))

5. 常见错误、边界案例与调试

# 单元素元组
x = (5)      # int
y = (5,)     # tuple
# 嵌套可变对象
t = ([1,2], 3)
t[0][0] = 99
# 排序key类型不一致
# sorted([(1,2), (3,'a')], key=lambda x: x[1])  # TypeError

6. 编程练习与挑战

7. 综合作业与项目