Python数据结构：元组（Tuple）详解

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1.介绍和基础操作

Python中的元组（Tuple）是不可变有序序列，可以容纳任意数据类型（包括数字、字符串、布尔型、列表、字典等）的元素，通常用圆括号() 包裹。与列表（List）类似，元组可以通过索引（Index）访问其元素，也可以使用切片（Slice）截取部分元素。但是，元组一旦创建，就无法修改其中的元素。
输出时，元组都要由圆括号标注，这样才能正确地解释嵌套元组。输入时，圆括号可有可无，不过经常是必须的（如果元组是更大的表达式的一部分）。不允许为元组中的单个元素赋值，当然，可以创建含列表等可变对象的元组。

1.1 创建元组

# 使用一对空圆括号创建一个空元组
empty_tuple = ()
print(empty_tuple) # 输出 （）

# 只有一个元素的元组可以通过在这个元素后面添加逗号来创建
single_tuple = 'single',
print(single_tuple) # 输出 ('single',)

# 通过逗号隔开的方式创建多个元素的元组
multiple_tuple = 1,True,3.14,'hello tuple'
print(multiple_tuple) # 输出 (1, True, 3.14, 'hello tuple')

# 通过一对圆括号进行创建
tuple_one = (1,2,'a',True)
print(tuple_one) # 输出 (1, 2, 'a', True)

# 通过tuple()函数进行创建，实际上是将列表转换成元组
tuple_two = tuple([True,'hello tuple2',3.14])
print(tuple_two) # 输出 (True, 'hello tuple2', 3.14)

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2.2访问元组元素

元组也是有序序列，所以访问元组中的元素可以通过索引（Indexing）来实现，索引从0开始。可以使用正整数索引访问元素，也可以使用负整数索引从末尾开始访问元素。
需要注意的是，尝试访问不存在的索引会引发IndexError。确保索引在元组的有效范围内。

example_tuple = (1, 2, 'hello', 3.14,[3,5,7,9])
print(example_tuple[1]) # 输出 2
print(example_tuple[4]) # 输出 [3, 5, 7, 9]
print(example_tuple[-2]) # 输出 3.14
print(example_tuple[0:2]) # 输出 1 2
# print(example_tuple[6]) 该项操作会引发IndexError：IndexError: tuple index out of range
    
# 元组也适用于for循环遍历
for item in example_tuple:
    print(item)

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2.3 元组的相关方法

元组为不可变数据类型，相关的方法较少，主要是index() 和 count(),以及内置函数len()

example_tuple = (1, 2, 'hello', 3.14, 'hello')

# index(x): 返回元素 x 在元组中第一次出现的索引。
print(example_tuple.index(3.14)) # 输出 3

# count(x): 统计元素 x 在元组中出现的次数。
print(example_tuple.count('hello')) # 输出2

# len(x): 获取元组的长度
print(len(example_tuple)) # 输出5

2.4 元组的拼接和重复

通过+和*进行拼接和重复

# 元组的拼接
tuple_1 = (2,4,6)
tuple_2 = ('a','b','hello')
join_tuples = tuple_1 +tuple_2
print(join_tuples) # 输出 (2, 4, 6, 'a', 'b', 'hello')

# 元组的重复
tuple_3 = ('hello','tuple')
repeat_tuples = tuple_3 * 3
print(repeat_tuples) # 输出 ('hello', 'tuple', 'hello', 'tuple', 'hello', 'tuple')

2.元组的打包和解包

元组的打包（Packing）和解包（Unpacking）是两个常用的操作，它们允许你轻松地组合和分离多个变量。
元组的打包：元组的打包是指将多个值组合成一个元组的过程。
元组的解包：元组的解包是指将一个元组中的值解开，分配给多个变量。
打包和解包的方式在函数返回多个值的时候特别有用。函数将多个值打包成元组返回，然后可以使用解包将这些值分配给不同的变量。
需要注意的是，解包操作要求等号左边的变量数量必须与元组中的值数量相等。如果变量数量少于元组中的值数量，会触发 ValueError异常。

# 打包 packing 实际上就是元组默认创建的方式
# 在这里 True ， 3.14 ， hello被打包成一个元组
example_tuple = True,3.14,'hello'
print(example_tuple) # 输出 (True,3.14,'hello')

# 解包 unpacking
# 元组example_tuple的值被解包并分配给变量 a，b，和 c
a, b, c = example_tuple
print(a) # 输出 True
print(b) # 输出 3.14
print(c) # 输出 hello

# 触发 ValueError 异常
# 解包错误示例
example_tuple = 1, 2, 3
a, b = example_tuple  # ValueError: too many values to unpack (expected 2)

# 打包解包应用
# 函数返回多个值的例子
def get_coordinates():
    x = 10
    y = 20
    z = 30
    return x, y, z
# 解包函数返回的元组
x_coord, y_coord, z_coord = get_coordinates()
print(x_coord)  # 输出: 10
print(y_coord)  # 输出: 20
print(z_coord)  # 输出: 30

3.元组的应用场景

Python 元组具有不可变性、安全性、高效性等优点，因此在很多场景下都有广泛的应用：
1）多个返回值：元组在函数返回多个值时特别方便，通过打包返回值，调用方可以使用解包轻松获取多个返回值。
2）字典键值：元组的不可变性使其成为字典的理想键值，特别是在需要使用多个值来唯一标识某个项的情况下。
3）线程安全的多线程编程：元组的不可变性使其在多线程环境中更安全，因为不会发生数据竞争问题。
4）数据库操作：在数据库操作中，元组通常用于存储一组参数，例如查询条件或更新值，因为元组的不可变性可以确保这些参数在整个操作中保持一致。
5）非可变集合：当需要将一组数据作为集合元素，但又不希望这些数据可变时，元组是一个很好的选择。它们可以作为集合的元素，同时保持不可变性。
6）按需计算：元组可以用于存储需要按需计算的值，只有在需要时才进行计算，避免了不必要的计算开销。
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