技术赋能#3：Python可迭代对象的相关函数（2）

除了上一篇文章介绍的Python的内置函数，Python还在其标准库itertools中提供了许多用于处理迭代器的便利函数。本文将介绍其中几个函数，关于完整列表及其使用方法请参见 Python 官方文档 - itertools。

因为itertools是Python标准库的一部分，因此无需额外的操作，直接import即可引入该包（这里为了便于演示导入了itertools内的所有变量*，但是在程序中不建议这样做）：

>>> from itertools import *

accumulate 函数

accumulate 函数会对逐个累加输入的迭代器的数据，其返回值也是一个迭代器，每步返回当前元素与之前所有元素的累加和。此外，可以通过func和initial参数指定累加使用的函数与初始值：

>>> print(*accumulate(range(1, 11))) # 累加
1 3 6 10 15 21 28 36 45 55
>>> import operator
>>> print(*accumulate(range(1, 11), func = operator.mul, initial = 1)) # 累乘
1 2 6 24 120 720 5040 40320 362880 3628800  # 注意这里会首先返回initial的值

chain 函数

顾名思义，chain函数可以将多个可迭代对象像锁链一样串在一起：

>>> print(*chain(range(5), "abcde", [1,3,5,7,9]))
0 1 2 3 4 a b c d e 1 3 5 7 9

pairwise 函数

pairwise会将可迭代对象每一步的返回值与其前一步的值组成一个元组：

>>> print(*pairwise(range(7)))
(0, 1) (1, 2) (2, 3) (3, 4) (4, 5) (5, 6)

例如我们在编程时会遇到求列表中相邻元素之差的情况，比较朴素的实现如下（不考虑边界条件）：

def delta1(lst):
    delta = []
    for i in range(len(lst)-1):
        delta.append(lst[i+1]-lst[i])
    return delta

使用zip函数可以写成如下形式：

def delta2(lst):
    return [j-i for i,j in zip(lst, lst[1:])]

当输入是一般的可迭代对象时（无法创建切片），则可以使用pairwise函数：

def delta3(iterable):
    return [j-i for i,j in pairwise(iterable)]

product 函数

product函数会返回两个或多个可迭代对象的笛卡尔积，

>>> print(*product(range(3), range(5,7)))
(0, 5) (0, 6) (1, 5) (1, 6) (2, 5) (2, 6)

例如下面这个三层循环

for i in range(10):
    for j in "abcdefg":
        for k in "+-*/":
            value = (i, j, k)
            """do something with value"""

使用product函数就可以改写为这个形式，起到了压缩嵌套循环的效果：

for value in product(range(10), "abcdefg", "+-*/"):
    """do something with value"""

permutations 函数

该函数会返回输入集合的所有长度为r的排列，例如：

>>> print(*permutations([1,2,3], r=3))
(1, 2, 3) (1, 3, 2) (2, 1, 3) (2, 3, 1) (3, 1, 2) (3, 2, 1)

这比写三层循环简洁了许多。

与其相似的还有 combinations 函数与 combinations_with_replacement 函数，分别为无放回的和有放回的组合函数。

注：如果你只是想求排列数 $A^n_k$ 或者组合数 $C^n_k$ ，使用上述三个函数加len()就有些没必要了（因为会浪费内存与计算时间）。对于这种情况，math 库提供了 perm 函数与 comb 函数，可以直接根据公式求值。

takewhile 与 dropwhile 函数

takewhile函数会逐个返回输入的可迭代对象的值，直到测试条件为假，例如：

>>> print(*takewhile(lambda x: x<3, [1,2,3,2,1]))
1 2

这个函数可以理解为与break具有相同的功能，即提前结束循环，去除多余的计算步骤。

类似的还有dropwhile函数，可以视为相反的takewhile，它会在测试条件首次为假时开始传递输入的可迭代对象的值：

>>> print(*dropwhile(lambda x: x<3, [1,2,3,2,1]))
3 2 1

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本文介绍了Python的itertools标准库提供的七个函数，在下一篇技术博客中我们将介绍迭代器与Python函数式编程的关系，并给出一些Python函数式编程的实例。