feat(python基础): 新增列表教学课程

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# 第 1-8 课:列表
## 一、本课目标
完成本课后,你应该能够:
1. 解释列表为什么可以保存多个数据;
2. 创建列表和空列表;
3. 使用索引、负索引和切片读取列表;
4. 修改列表中的指定元素;
5. 添加和删除列表元素;
6. 查找并统计列表中的元素;
7. 对列表进行排序和反转;
8. 使用循环遍历列表;
9. 在确实需要位置时使用索引遍历;
10. 理解列表可变性;
11. 区分直接赋值与列表复制;
12. 看懂简单的二维列表。
## 二、前置知识
开始本课前,你应该已经掌握:
- 变量和基础数据类型;
- 字符串的索引与切片;
- `if` 条件判断;
- `for` 循环;
- `in` 成员判断;
- 字符串的 `split()``join()`
## 三、为什么需要列表
如果要保存多个 Agent 开发工具,可以分别创建变量:
```python
tool_1 = "Python"
tool_2 = "FastAPI"
tool_3 = "Django"
```
数据增加后,这种方式难以统一遍历、排序和管理。
列表List可以使用一个变量保存多个有顺序的数据
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI", "Django"]
```
列表使用英文方括号 `[]`,元素之间使用英文逗号分隔。
## 四、创建列表
### 4.1 创建包含数据的列表
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI", "Django"]
```
### 4.2 创建空列表
```python
agent_tools = []
```
空列表暂时没有元素,但后续可以添加数据。
### 4.3 列表可以保存不同类型
```python
learning_record = ["Python", 8, 2.5, True]
```
Python 允许一个列表保存不同类型的数据。不过实际开发中,同一个列表通常保存含义相近的数据,这样更容易理解和处理。
## 五、列表是有顺序的
列表中的每个元素都有位置,索引从 `0` 开始:
```text
元素: Python FastAPI Django
正索引: 0 1 2
负索引: -3 -2 -1
```
读取元素:
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI", "Django"]
print(agent_tools[0])
print(agent_tools[-1])
```
输出:
```text
Python
Django
```
如果访问不存在的索引,会产生 `IndexError`
## 六、列表切片
列表切片与字符串切片规则相同:包含开始索引,不包含结束索引。
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI", "Django", "LangChain"]
print(agent_tools[0:2])
print(agent_tools[:3])
print(agent_tools[2:])
print(agent_tools[::-1])
```
切片返回一个新列表,不会直接修改原列表。
## 七、列表长度
使用 `len()` 获取元素数量:
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI", "Django"]
tool_count = len(agent_tools)
print(tool_count)
```
输出为 `3`
访问首尾元素前,可以先判断列表是否非空:
```python
if agent_tools:
print(agent_tools[0])
print(agent_tools[-1])
else:
print("工具列表为空")
```
空列表在条件中会被当作 `False`
## 八、列表是可变的
字符串不可变但列表是可变的Mutable可以直接修改某个位置的元素
```python
agent_tools = ["Python", "Flask", "Django"]
agent_tools[1] = "FastAPI"
print(agent_tools)
```
输出:
```text
['Python', 'FastAPI', 'Django']
```
必须确保索引存在,不能通过一个超出范围的索引直接添加元素。
## 九、添加元素
### 9.1 `append()` 追加到末尾
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI"]
agent_tools.append("Django")
```
`append()` 每次把一个元素添加到列表末尾。
### 9.2 `insert()` 插入指定位置
```python
agent_tools.insert(1, "Pydantic")
```
第一个参数是插入索引,第二个参数是新元素。原来位于该位置及后面的元素会向后移动。
### 9.3 `extend()` 添加多个元素
```python
agent_tools.extend(["LangChain", "OpenAI SDK"])
```
`extend()` 会依次加入另一个列表中的元素。
请比较:
```python
agent_tools.append(["LangChain", "OpenAI SDK"])
```
`append()` 会把整个列表当作一个元素加入,形成嵌套列表;`extend()` 才是逐个加入多个元素。
## 十、删除元素
### 10.1 `remove()` 按内容删除
```python
agent_tools.remove("Django")
```
`remove()` 删除第一个匹配的元素。如果元素不存在,会产生 `ValueError`
安全写法:
```python
if "Django" in agent_tools:
agent_tools.remove("Django")
```
### 10.2 `pop()` 按位置删除并返回元素
```python
removed_tool = agent_tools.pop()
```
不传索引时删除最后一个元素,并把被删除的数据返回。
```python
removed_tool = agent_tools.pop(1)
```
传入索引时删除指定位置。
### 10.3 `del` 删除指定位置
```python
del agent_tools[0]
```
`del` 是 Python 关键字,不会返回被删除的数据。
### 10.4 `clear()` 清空列表
```python
agent_tools.clear()
```
执行后列表仍然存在,但元素数量变为 `0`
## 十一、查找和统计
### 11.1 使用 `in`
```python
contains_fastapi = "FastAPI" in agent_tools
```
### 11.2 `index()` 查找位置
```python
if "FastAPI" in agent_tools:
fastapi_index = agent_tools.index("FastAPI")
```
找不到时,`index()` 会产生 `ValueError`,因此可以先使用 `in`
### 11.3 `count()` 统计次数
```python
python_count = agent_tools.count("Python")
```
找不到时返回 `0`,不会报错。
## 十二、排序和反转
### 12.1 `sort()` 修改原列表
```python
scores = [80, 95, 70, 88]
scores.sort()
print(scores)
```
默认从小到大排序。
降序排列:
```python
scores.sort(reverse=True)
```
英文字符串通常按照字符编码顺序排序,大小写可能影响结果。
### 12.2 `reverse()` 反转当前顺序
```python
agent_tools.reverse()
```
`reverse()` 只把当前顺序倒过来,并不按大小重新排序。
### 12.3 `sorted()` 返回新列表
```python
original_scores = [80, 95, 70]
sorted_scores = sorted(original_scores)
```
`sorted()` 返回排序后的新列表,原列表保持不变。
## 十三、遍历列表
### 13.1 直接遍历元素
```python
for tool in agent_tools:
print(tool)
```
只需要元素时,优先直接遍历,代码最清晰。
### 13.2 需要索引时使用 `range(len(...))`
```python
for index in range(len(agent_tools)):
print(f"{index + 1}. {agent_tools[index]}")
```
只有确实需要修改指定位置或使用索引时,才采用这种方式。
### 13.3 使用 `enumerate()` 同时取得编号和元素
```python
for number, tool in enumerate(agent_tools, start=1):
print(f"{number}. {tool}")
```
`enumerate()` 会同时提供编号和元素,通常比 `range(len(...))` 更易读。
本课先学会模仿这种常用写法,函数返回多个数据的原理会在后续课程继续讲解。
## 十四、简单二维列表
列表中的元素也可以是列表:
```python
tool_records = [
["Python", "基础编程"],
["FastAPI", "接口开发"],
["Django", "Web 应用"],
]
```
读取 FastAPI 的用途:
```python
print(tool_records[1][1])
```
第一个索引选择第二条记录,第二个索引选择该记录中的第二个元素。
二维列表适合简单表格数据,但真实业务数据常使用字典、对象或数据库表达,将在后续课程学习。
## 十五、直接赋值与复制
### 15.1 直接赋值不会创建独立列表
```python
original_tools = ["Python", "FastAPI"]
backup_tools = original_tools
backup_tools.append("Django")
print(original_tools)
print(backup_tools)
```
两个变量都会看到 `Django`,因为它们指向同一个列表对象。
### 15.2 使用 `copy()` 创建浅复制
```python
original_tools = ["Python", "FastAPI"]
backup_tools = original_tools.copy()
backup_tools.append("Django")
```
对于本课这种只包含字符串的简单列表,修改副本不会影响原列表。
`copy()` 创建的是浅复制Shallow Copy。嵌套列表中的共享问题属于进阶内容本课暂不展开。
## 十六、方法返回值的常见误区
下面写法是错误思路:
```python
agent_tools = ["Python", "FastAPI"]
result = agent_tools.append("Django")
print(result)
```
输出为 `None``append()``sort()``reverse()` 等方法直接修改原列表,通常不返回修改后的列表。
正确观察方式:
```python
agent_tools.append("Django")
print(agent_tools)
```
## 十七、运行本课示例
在 PowerShell 中执行:
```powershell
cd D:\Code\Python\01_python基础\1_8_列表
python lists.py
```
示例无需用户输入,会依次展示创建、读取、修改、增删、查询、排序、遍历、二维列表和复制行为。
## 十八、常见错误
### 18.1 索引越界
访问不存在的位置会产生 `IndexError`。访问首尾元素前应确认列表非空。
### 18.2 删除不存在的元素
`remove()` 删除不存在的值会产生 `ValueError`,可以先使用 `in` 判断。
### 18.3 混淆 `append()` 与 `extend()`
- `append()` 添加一个元素;
- `extend()` 依次添加多个元素。
### 18.4 把排序结果赋值回列表
```python
agent_tools = agent_tools.sort()
```
这会让 `agent_tools` 变成 `None`。应先调用,再读取原列表。
### 18.5 直接赋值误以为完成复制
`backup = original` 只是增加另一个变量名,并未创建独立列表。
## 十九、课堂练习
打开 `practice.py`完成“Agent 工具清单管理器”。
运行命令:
```powershell
python practice.py
```
练习会要求你完成列表的创建、修改、添加、删除、查询、排序、遍历和复制。
## 二十、思考题
1. 列表和字符串在可变性方面有什么区别?
2. `append()``extend()` 有什么区别?
3. `remove()``pop()` 有什么区别?
4. `sort()``sorted()` 对原列表的影响有什么不同?
5. 为什么访问列表首项前要检查列表是否为空?
6. 为什么 `backup = original` 不能得到独立副本?
7. 只需要元素时,为什么优先直接遍历列表?
## 二十一、本课小结
- 列表可以保存多个有顺序的数据;
- 列表索引从 `0` 开始,也支持负索引和切片;
- 列表是可变对象,可以直接修改元素;
- `append()``insert()``extend()` 用于添加;
- `remove()``pop()``del``clear()` 用于删除;
- `index()``count()` 用于查找统计;
- `sort()` 修改原列表,`sorted()` 返回新列表;
- `for``enumerate()` 可以遍历列表;
- 直接赋值不会创建独立副本,简单列表可使用 `copy()`
## 二十二、验收标准
- [ ] 能创建列表和空列表;
- [ ] 能使用索引和切片读取列表;
- [ ] 能修改、添加和删除元素;
- [ ] 能安全查找指定元素;
- [ ] 能排序并遍历列表;
- [ ] 能解释列表可变性;
- [ ] 能区分直接赋值与 `copy()`
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`
- [ ] 能回答七道思考题。

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@@ -0,0 +1,100 @@
# 第 1-8 课示例:列表
#
# 本文件使用 Agent 开发工具作为统一示例,演示列表的主要操作。
# 示例无需用户输入,可以直接运行并对照注释观察结果。
# 一、创建列表并读取元素
agent_tools = ["Python", "FastAPI", "Django"]
print(f"完整工具列表:{agent_tools}")
print(f"工具数量:{len(agent_tools)}")
print(f"第一个工具:{agent_tools[0]}")
print(f"最后一个工具:{agent_tools[-1]}")
# 二、切片返回一个新列表
backend_tools = agent_tools[1:]
print(f"后端框架切片:{backend_tools}")
# 三、修改指定位置的元素
# 列表是可变对象,可以直接修改已有索引对应的元素。
agent_tools[2] = "Pydantic"
print(f"修改后的列表:{agent_tools}")
# 四、添加元素
agent_tools.append("Django")
agent_tools.insert(1, "Git")
agent_tools.extend(["LangChain", "OpenAI SDK"])
print(f"添加后的列表:{agent_tools}")
# 五、删除元素
# remove() 按内容删除pop() 按位置删除并返回被删除的数据。
if "Git" in agent_tools:
agent_tools.remove("Git")
removed_tool = agent_tools.pop()
print(f"pop() 删除的工具:{removed_tool}")
print(f"删除后的列表:{agent_tools}")
# 六、查找和统计
contains_fastapi = "FastAPI" in agent_tools
fastapi_index = agent_tools.index("FastAPI")
python_count = agent_tools.count("Python")
print(f"是否包含 FastAPI{contains_fastapi}")
print(f"FastAPI 的索引:{fastapi_index}")
print(f"Python 出现次数:{python_count}")
# 七、排序和反转
# sorted() 返回新列表,不改变原列表。
sorted_tools = sorted(agent_tools)
print(f"原列表:{agent_tools}")
print(f"排序后的新列表:{sorted_tools}")
# reverse() 直接修改当前列表顺序。
agent_tools.reverse()
print(f"反转后的原列表:{agent_tools}")
# 八、直接遍历元素
for tool in agent_tools:
print(f"正在学习:{tool}")
# 九、使用 enumerate() 同时取得编号和元素
for number, tool in enumerate(agent_tools, start=1):
print(f"{number}. {tool}")
# 十、简单二维列表
# 每条内部列表保存工具名称和用途。
tool_records = [
["Python", "基础编程"],
["FastAPI", "接口开发"],
["Django", "Web 应用"],
]
for record in tool_records:
print(f"工具:{record[0]},用途:{record[1]}")
# 十一、直接赋值与复制
# alias_tools 和 original_tools 指向同一个列表。
original_tools = ["Python", "FastAPI"]
alias_tools = original_tools
alias_tools.append("Django")
print(f"直接赋值后的原列表:{original_tools}")
print(f"直接赋值后的别名列表:{alias_tools}")
# copy() 为简单列表创建独立副本。
copied_tools = original_tools.copy()
copied_tools.append("LangChain")
print(f"复制后保持不变的原列表:{original_tools}")
print(f"修改后的副本:{copied_tools}")

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@@ -0,0 +1,95 @@
# 第 1-8 课课堂练习Agent 工具清单管理器
#
# 完成要求:
# 1. 根据注释完成列表的创建、修改、添加、删除、查询、排序和复制。
# 2. 使用有意义的英文蛇形变量名。
# 3. 调用 remove() 或 index() 前先判断元素是否存在。
# 4. 不要删除题目注释。
# 5. 完成后运行本文件并核对预期结果。
# 练习一:创建列表 agent_tools初始元素依次为
# "Python"、"FastAPI"、"Django"。
# 练习二:输出以下信息:
# 1. 完整列表;
# 2. 元素数量;
# 3. 第一个元素;
# 4. 最后一个元素。
# 访问首尾元素前,先使用 if 判断 agent_tools 是否非空。
# 练习三:使用 append() 在末尾添加 "LangChain"。
# 再使用 insert() 在索引 1 的位置插入 "Git"。
# 练习四:使用 extend() 一次添加两个工具:
# "Pydantic" 和 "OpenAI SDK"。
# 练习五:把原列表中的 "Django" 修改为 "Django REST Framework"。
# 提示:先使用 in 判断是否存在,再使用 index() 得到位置,最后按索引修改。
# 练习六:删除工具 "Git"。
# 先使用 in 判断,存在时再调用 remove()。
# 练习七:使用 pop() 删除列表最后一个元素。
# 将被删除的工具保存到 removed_tool并输出该变量。
# 练习八:完成以下查询:
# 1. 判断是否包含 "FastAPI",保存到 contains_fastapi
# 2. 统计 "Python" 出现次数,保存到 python_count
# 3. 如果包含 "FastAPI",获取其索引并保存到 fastapi_index
# 4. 如果不包含 "FastAPI",让 fastapi_index 保存 -1。
# 练习九:使用 sort() 对 agent_tools 原地排序。
# 输出排序后的列表。
# 练习十:使用 enumerate(agent_tools, start=1) 遍历工具列表。
# 按照“1. FastAPI”这样的格式输出编号和工具名称。
# 练习十一:创建独立副本 backup_tools。
# 使用 copy() 复制 agent_tools再向 backup_tools 添加 "Docker"。
# 分别输出 agent_tools 和 backup_tools确认原列表没有新增 Docker。
# 练习十二:创建一个简单二维列表 tool_records
# 第一条记录:["Python", "基础编程"]
# 第二条记录:["FastAPI", "接口开发"]
# 第三条记录:["Django", "Web 应用"]
# 使用 for 遍历,输出每个工具的名称和用途。
# 练习十三:使用字符串乘法输出 30 个等号,再输出最终管理报告:
# 1. 最终 agent_tools
# 2. 工具数量;
# 3. contains_fastapi
# 4. fastapi_index
# 5. python_count
# 6. removed_tool
# 7. backup_tools。
# 预期操作过程:
# 初始列表Python、FastAPI、Django
# 添加 LangChain
# 在索引 1 插入 Git
# 添加 Pydantic 和 OpenAI SDK
# 将 Django 修改为 Django REST Framework
# 删除 Git
# pop() 删除最后一个 OpenAI SDK
# 对剩余工具排序
# 复制后只在副本中添加 Docker
# 完成后进行自查:
# 1. append()、insert() 和 extend() 是否按要求使用;
# 2. remove() 和 index() 前是否判断元素存在;
# 3. pop() 返回值是否保存到 removed_tool
# 4. sort() 后列表是否按默认顺序排列;
# 5. enumerate() 的编号是否从 1 开始;
# 6. 修改 backup_tools 是否没有影响 agent_tools
# 7. 二维列表是否能正确输出工具名称和用途。

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@@ -68,6 +68,9 @@
5. 不得擅自删除、覆盖学习者已有的练习代码。 5. 不得擅自删除、覆盖学习者已有的练习代码。
6. 如果学习者的代码存在问题,应先解释原因,再提出修改方案。 6. 如果学习者的代码存在问题,应先解释原因,再提出修改方案。
7. 删除文件、覆盖学习者已有内容、大范围重构或执行其他可能难以恢复的操作前,仍须先说明影响并取得学习者确认。 7. 删除文件、覆盖学习者已有内容、大范围重构或执行其他可能难以恢复的操作前,仍须先说明影响并取得学习者确认。
8. 课程文档和代码默认只写入本地工作区,不自动执行 Git 暂存或提交。
9. 只有学习者明确说“提交”时,才能执行 `git add` 和本地 `git commit`
10. 本项目只创建本地提交,不执行 `git push`,除非学习者以后重新明确授权推送。
## 七、目录规划规范 ## 七、目录规划规范

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@@ -189,11 +189,11 @@ Python/
## 当前学习进度 ## 当前学习进度
- 当前阶段第一阶段——Python 基础语法。 - 当前阶段第一阶段——Python 基础语法。
- 当前课程:`1_7_字符串` - 当前课程:`1_8_列表`
- 当前状态:第课学习中。 - 当前状态:第课学习中。
- 已完成课程:`1_1_hello_world``1_6_循环` - 已完成课程:`1_1_hello_world``1_7_字符串`
- 已创建课程目录:`01_python基础/1_1_hello_world/``01_python基础/1_7_字符串/` - 已创建课程目录:`01_python基础/1_1_hello_world/``01_python基础/1_8_列表/`
- 下一步:阅读第课讲义、运行字符串示例并完成课堂练习。 - 下一步:阅读第课讲义、运行列表示例并完成课堂练习。
## 建议环境 ## 建议环境

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@@ -0,0 +1,117 @@
# 第八课“列表”教学设计
## 一、设计目标
第八课面向已经掌握字符串、条件判断和循环的零基础学习者,目标是让学习者理解“一个变量保存多个有序数据”的需求,并能够使用列表完成基础数据管理。
本课只讲列表,不讲元组。元组调整为独立的第九课。列表推导式保留到 Python 进阶阶段,避免本课知识密度过高。
## 二、课程目录
```text
01_python基础/1_8_列表/
├── README.md
├── lists.py
└── practice.py
```
- `README.md`:中文讲义、运行方法、常见错误、练习说明和验收标准。
- `lists.py`:带有详细中文注释的可运行示例。
- `practice.py`:只包含题目和提示,不预填答案。
## 三、知识范围
本课覆盖:
1. 创建列表和空列表;
2. 列表索引、负索引与切片;
3. 使用 `len()` 获取元素数量;
4. 修改指定位置的元素;
5. 使用 `append()``insert()` 添加元素;
6. 使用 `remove()``pop()``del` 删除元素;
7. 使用 `in` 判断成员;
8. 使用 `index()``count()` 查找和统计;
9. 使用 `sort()``reverse()` 排序和反转;
10. 使用 `for` 遍历列表;
11. 使用 `range(len(...))` 在确实需要索引时遍历;
12. 简单认识二维列表;
13. 理解列表可变性;
14. 区分直接赋值与浅复制列表的基础行为。
本课不覆盖:
- 元组;
- 列表推导式;
- 深复制;
- 复杂排序键;
- 列表内部实现与性能分析。
## 四、教学顺序
课程按照“读取 → 修改 → 增删 → 查询 → 排序 → 遍历 → 复制”的顺序推进。
先使用字符串索引和切片作为已有知识连接点,再说明字符串不可变而列表可变。随后通过 Agent 工具名称列表演示列表的常见操作,最后介绍直接赋值导致两个变量引用同一个列表的现象。
## 五、示例程序
`lists.py` 使用 Agent 开发工具清单作为统一业务背景,依次演示:
- 读取第一个和最后一个工具;
- 取得列表切片;
- 修改工具名称;
- 添加和删除工具;
- 查询某工具是否存在;
- 排序并遍历工具;
- 使用二维列表表示工具名称与用途;
- 对比直接赋值和 `copy()` 的结果。
示例不要求用户输入,确保可以直接运行并稳定复现结果。
## 六、课堂练习
`practice.py` 的项目名称为“Agent 工具清单管理器”。
练习要求学习者:
1. 创建初始工具列表;
2. 输出长度、首项和末项;
3. 添加两个工具;
4. 在指定位置插入工具;
5. 修改一个元素;
6. 判断并删除指定工具;
7. 使用 `pop()` 取得被删除的数据;
8. 对列表排序;
9. 遍历并输出编号;
10. 统计指定工具出现次数;
11. 创建列表副本并验证修改副本不影响原列表;
12. 输出最终管理报告。
练习文件只提供中文注释、测试数据和预期核心结果,不包含参考答案。
## 七、错误处理边界
本课在调用 `remove()``index()` 前先使用 `in` 判断,避免因元素不存在产生 `ValueError`
访问首尾元素前应确认列表非空。复杂异常处理将在后续课程讲解,本课使用条件判断保护常见边界。
## 八、验证方式
创建课程后执行:
```powershell
python lists.py
python practice.py
```
验收要求:
- `lists.py` 正常退出且输出覆盖所有主要列表操作;
- 空白 `practice.py` 可以正常执行;
- `practice.py` 不包含非注释答案;
- 根目录 `README.md` 的当前课程更新为 `1_8_列表`
- 不创建 `1_9_元组` 目录;
- 不修改第六、七课文件。
## 九、后续课程调整
第九课单独讲解元组,重点包括创建、单元素元组、索引切片、不可变性、解包和适用场景。字典、集合及后续课程编号依次顺延,实际目录仍按照学习进度逐课创建。