元组（Tuple）

学习Python元组的创建、访问和常用操作，掌握这个不可变的有序元素集合。

基本概念

元组是Python中的另一个重要的数据结构，它与列表类似，但是元组是不可变的。一旦创建，就不能修改元组中的元素。

元组的特点：

  • 有序：元素按照插入顺序排序，可以通过索引访问
  • 不可变：创建后不能修改、添加或删除元素
  • 异构：可以存储不同类型的数据
  • 可重复：可以包含重复的元素

元组的表示：用圆括号 () 包围元素，元素之间用逗号分隔。

# 创建一个空元组
empty_tuple = ()
# 或者使用tuple()函数
empty_tuple = tuple()

# 创建一个包含整数的元组
numbers = (1, 2, 3, 4, 5)

# 创建一个包含不同类型元素的元组
mixed_tuple = (1, "hello", 3.14, True)

# 创建只有一个元素的元组，需要在元素后加逗号
single_tuple = (1,)
# 不加逗号的话，Python会认为这是一个括号表达式
not_tuple = (1) # 这是一个整数1，不是元组

元组还可以省略括号，直接用逗号分隔元素：

# 省略括号的元组
fruits = "apple", "banana", "orange"
print(type(fruits)) # 输出: <class 'tuple'>
print(fruits) # 输出: ('apple', 'banana', 'orange')

访问元组元素

访问元组元素的方式与列表相同，可以使用索引和切片操作。

# 创建一个元组
fruits = ("apple", "banana", "orange", "grape", "mango")

# 访问第一个元素（索引为0）
print(fruits[0]) # 输出: apple

# 访问第三个元素
print(fruits[2]) # 输出: orange

# 使用负数索引访问最后一个元素
print(fruits[-1]) # 输出: mango

# 使用负数索引访问倒数第三个元素
print(fruits[-3]) # 输出: orange

# 使用切片访问多个元素
print(fruits[1:4]) # 输出: ('banana', 'orange', 'grape')

# 尝试修改元组元素（会引发错误）
# fruits[0] = "pear" # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

虽然元组本身是不可变的，但如果元组中包含可变对象（如列表），那么这些可变对象是可以修改的：

# 创建一个包含列表的元组
mixed_tuple = (1, "hello", [3, 4, 5], True)
print(mixed_tuple) # 输出: (1, 'hello', [3, 4, 5], True)

# 修改元组中的列表元素
mixed_tuple[2][0] = 30
print(mixed_tuple) # 输出: (1, 'hello', [30, 4, 5], True)

# 尝试替换整个列表（会引发错误）
# mixed_tuple[2] = [30, 40, 50] # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

元组常用方法

由于元组是不可变的，所以它提供的方法比列表少很多，主要是一些不修改元组的方法。

index()

返回指定值的第一个出现的索引

count()

返回指定值在元组中出现的次数

len()

返回元组中元素的个数（内置函数）

max()/min()

返回元组中的最大值/最小值（内置函数）

sum()

返回元组中所有元素的和（内置函数）

tuple()

将其他序列转换为元组（内置函数）

# 创建一个元组
numbers = (1, 2, 3, 2, 4, 2, 5)

# 使用index()方法查找元素的索引
print(numbers.index(3)) # 输出: 2
print(numbers.index(2)) # 输出: 1（返回第一个匹配的索引）

# 使用count()方法计算元素出现的次数
print(numbers.count(2)) # 输出: 3
print(numbers.count(6)) # 输出: 0

# 使用len()函数获取元组长度
print(len(numbers)) # 输出: 7

# 使用max()和min()函数获取最大值和最小值
print(max(numbers)) # 输出: 5
print(min(numbers)) # 输出: 1

# 使用sum()函数计算元素的和
print(sum(numbers)) # 输出: 19

# 使用tuple()函数将列表转换为元组
my_list = [6, 7, 8]
my_tuple = tuple(my_list)
print(my_tuple) # 输出: (6, 7, 8)

# 连接两个元组
combined_tuple = numbers + my_tuple
print(combined_tuple) # 输出: (1, 2, 3, 2, 4, 2, 5, 6, 7, 8)

元组与列表的区别

元组和列表是Python中两种常用的序列类型，它们有很多相似之处，但也有一些重要的区别。

特性 元组（Tuple） 列表（List）
表示方式 使用圆括号 () 使用方括号 []
可变性 不可变（不能修改元素） 可变（可以修改、添加、删除元素）
性能 访问速度快，占用内存小 访问速度相对较慢，占用内存大
适用场景 存储不可变的数据，如坐标、日期等 存储需要频繁修改的数据
方法 只有少量方法（index(), count()） 有很多方法（append(), insert(), remove()等）
哈希性 可哈希（可以作为字典的键） 不可哈希（不能作为字典的键）

故事化案例：日历中的日期

小明需要记录一周的重要日期，这些日期一旦确定就不会改变。让我们用Python元组来帮助他管理这些日期。

场景：小明的一周重要日期

  • 创建一周的重要日期元组
  • 检查某天是否有重要活动
  • 统计一周内重要活动的数量
  • 获取一周中最早和最晚的活动日期

代码实现：

# 创建一周的重要日期元组
# 每个元素是一个元组(月, 日, 活动)
important_dates = (
    (11, 1, "数学考试"),
    (11, 3, "编程竞赛"),
    (11, 5, "英语演讲"),
    (11, 5, "班级聚会"), # 同一天可能有多个活动
    (11, 7, "生日派对")
)

print("本周重要日期：", important_dates)

# 检查某天是否有重要活动
check_month = 11
check_day = 5
print(f"检查{check_month}月{check_day}日的活动：")
for date in important_dates:
    if date[0] == check_month and date[1] == check_day:
        print(f"- {date[2]}")

# 统计一周内重要活动的数量
activity_count = len(important_dates)
print(f"本周共有{activity_count}个重要活动")

# 获取一周中最早和最晚的活动日期
dates_only = [(date[0], date[1]) for date in important_dates]
earliest_date = min(dates_only)
latest_date = max(dates_only)
print(f"最早的活动日期：{earliest_date[0]}月{earliest_date[1]}日")
print(f"最晚的活动日期：{latest_date[0]}月{latest_date[1]}日")

# 查找特定活动的日期
activity_to_find = "编程竞赛"
for date in important_dates:
    if date[2] == activity_to_find:
        print(f"{activity_to_find}的日期是{date[0]}月{date[1]}日")
        break

运行上面的代码，输出结果为：
本周重要日期：((11, 1, '数学考试'), (11, 3, '编程竞赛'), (11, 5, '英语演讲'), (11, 5, '班级聚会'), (11, 7, '生日派对'))
检查11月5日的活动：
- 英语演讲
- 班级聚会
本周共有5个重要活动
最早的活动日期：11月1日
最晚的活动日期：11月7日
编程竞赛的日期是11月3日

练习题

1 元组基本操作

1. 创建一个包含10个整数的元组 2. 计算元组中所有元素的和与平均值 3. 找出元组中的最大值和最小值 4. 检查某个特定值是否在元组中 5. 统计某个特定值在元组中出现的次数

2 元组与列表的转换

1. 创建一个包含多个字符串的列表 2. 将列表转换为元组 3. 尝试修改元组中的元素（观察错误） 4. 将元组转换回列表 5. 修改列表中的元素 6. 将修改后的列表再次转换为元组

3 嵌套元组操作

1. 创建一个嵌套元组，表示多个学生的成绩（姓名，数学，英语，语文） 2. 计算每个学生的平均成绩 3. 找出数学成绩最高的学生 4. 计算所有学生的各科平均分