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# 第 1-9 课：元组
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## 一、本课目标
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完成本课后，你应该能够：
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1. 解释元组与列表的主要区别；
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2. 创建空元组、单元素元组和多元素元组；
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3. 使用索引、负索引和切片读取元组；
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4. 使用 `len()`、`in`、`index()` 和 `count()`；
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5. 使用 `for` 遍历元组；
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6. 理解元组不可变的含义；
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7. 使用元组打包和解包多个数据；
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8. 使用星号收集解包后的剩余元素；
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9. 完成两个变量的交换；
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10. 在列表和元组之间进行转换；
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11. 判断什么场景更适合使用元组。
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## 二、前置知识
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开始本课前，你应该已经掌握：
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- 列表的创建、索引和切片；
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- 列表的可变性；
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- 使用 `for` 遍历多个数据；
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- 使用 `in`、`index()` 和 `count()`；
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- 条件判断与 f-string。
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## 三、元组是什么
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元组（Tuple）是一个有顺序的数据集合。
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```python
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agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000)
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```
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元组与列表很相似：
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- 都能保存多个数据；
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- 都有顺序；
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- 都支持索引、负索引和切片；
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- 都能使用 `len()` 和 `for`。
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最重要的区别是：
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- 列表是可变的，可以添加、删除和修改元素；
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- 元组是不可变的，创建后不能替换、增加或删除元素。
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元组适合表达“创建后不希望被随意改变的一组数据”。
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## 四、创建元组
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### 4.1 多元素元组
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```python
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agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000)
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```
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通常使用英文圆括号 `()` 包围元素，元素之间使用英文逗号分隔。
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### 4.2 空元组
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```python
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empty_tuple = ()
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```
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使用 `len(empty_tuple)` 会得到 `0`。
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### 4.3 单元素元组
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单元素元组必须在元素后保留英文逗号：
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```python
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single_tool = ("Python",)
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```
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如果没有逗号：
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```python
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not_a_tuple = ("Python")
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```
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Python 会把圆括号理解为普通分组，变量实际保存的是字符串。
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可以使用 `type()` 验证：
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```python
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print(type(("Python",))) # tuple
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print(type(("Python"))) # str
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```
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创建元组时，真正决定元组的是逗号，而不只是圆括号。
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### 4.4 省略圆括号
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```python
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agent_position = "北京", "朝阳区"
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```
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只要存在用于分隔元素的逗号，Python 也会创建元组。为了新手阅读清晰，本课大多数场景仍保留圆括号。
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## 五、元组可以保存不同类型
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```python
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agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000, True)
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```
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这个元组依次保存：
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- 字符串：模型名称；
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- 浮点数：温度参数；
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- 整数：最大输出长度；
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- 布尔值：是否启用。
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虽然允许混合类型，但每个位置应具有明确、稳定的含义。
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## 六、索引和负索引
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元组索引从 `0` 开始：
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```text
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元素： gpt-5 0.7 2000
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正索引： 0 1 2
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负索引： -3 -2 -1
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```
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```python
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agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000)
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print(agent_config[0])
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print(agent_config[-1])
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```
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访问不存在的索引会产生 `IndexError`。
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访问首尾元素前，可以先判断元组是否非空：
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```python
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if agent_config:
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print(agent_config[0])
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print(agent_config[-1])
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```
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## 七、元组切片
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切片规则与字符串、列表相同：包含开始索引，不包含结束索引。
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```python
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agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000, True)
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basic_config = agent_config[:2]
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remaining_config = agent_config[2:]
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reversed_config = agent_config[::-1]
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```
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元组切片返回一个新元组，不会修改原元组。
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## 八、长度、成员判断和统计
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### 8.1 `len()`
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```python
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config_count = len(agent_config)
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```
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### 8.2 `in`
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```python
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contains_model = "gpt-5" in agent_config
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```
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### 8.3 `index()`
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```python
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if "gpt-5" in agent_config:
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model_index = agent_config.index("gpt-5")
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```
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元素不存在时，`index()` 会产生 `ValueError`，因此可以先使用 `in` 判断。
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### 8.4 `count()`
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```python
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status_history = ("成功", "失败", "成功")
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success_count = status_history.count("成功")
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```
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## 九、遍历元组
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```python
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supported_models = ("gpt-5", "o3", "gpt-4.1")
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for model in supported_models:
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print(model)
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```
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需要编号时可以使用 `enumerate()`：
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```python
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for number, model in enumerate(supported_models, start=1):
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print(f"{number}. {model}")
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```
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## 十、元组不可变
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下面的操作都不允许：
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```text
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agent_config[0] = "o3"
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agent_config.append("新数据")
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del agent_config[0]
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```
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元组没有 `append()`、`remove()`、`pop()` 等修改方法。
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不可变带来的好处包括：
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- 表达数据结构是固定的；
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- 减少意外修改；
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- 阅读代码时更容易判断数据不会被增删；
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- 某些场景中元组可以作为字典的键，后续学习字典时会再讲。
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## 十一、需要“修改”元组怎么办
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不能直接修改原元组，但可以创建新元组：
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```python
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old_config = ("gpt-5", 0.7, 2000)
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new_config = ("o3",) + old_config[1:]
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print(old_config)
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print(new_config)
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```
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原元组保持不变，`new_config` 是全新的元组。
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也可以先转换为列表，修改后再转回元组：
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```python
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config_list = list(old_config)
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config_list[0] = "o3"
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new_config = tuple(config_list)
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```
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如果数据经常需要修改，直接使用列表通常更合适，不应反复转换。
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## 十二、元组拼接和重复
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虽然不能修改原元组，但可以通过运算创建新元组。
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### 12.1 拼接
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```python
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basic_config = ("gpt-5", 0.7)
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limit_config = (2000, True)
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full_config = basic_config + limit_config
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```
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### 12.2 重复
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```python
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default_status = ("待处理",) * 3
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```
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结果为：
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```text
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('待处理', '待处理', '待处理')
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```
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这两种操作都返回新元组。
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## 十三、元组打包
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把多个数据放进一个元组，称为打包（Packing）：
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```python
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agent_snapshot = "gpt-5", 0.7, 2000
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```
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三个数据被打包成一个元组。
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使用圆括号可以让含义更清楚：
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```python
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agent_snapshot = ("gpt-5", 0.7, 2000)
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```
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## 十四、元组解包
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把元组中的元素分别赋给多个变量，称为解包（Unpacking）：
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```python
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agent_snapshot = ("gpt-5", 0.7, 2000)
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model_name, temperature, max_tokens = agent_snapshot
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```
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解包后：
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- `model_name` 保存 `"gpt-5"`；
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- `temperature` 保存 `0.7`；
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- `max_tokens` 保存 `2000`。
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左侧变量数量必须与右侧元素数量一致，否则会产生 `ValueError`。
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## 十五、使用星号收集剩余元素
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```python
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agent_snapshot = ("gpt-5", 0.7, 2000, True)
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model_name, *other_settings = agent_snapshot
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```
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解包后：
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- `model_name` 是字符串 `"gpt-5"`；
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- `other_settings` 是列表 `[0.7, 2000, True]`。
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星号变量会把剩余元素收集到列表中。
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一个解包表达式中只能有一个星号变量：
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```python
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first_value, *middle_values, last_value = agent_snapshot
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```
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## 十六、交换变量
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传统思路通常需要临时变量。Python 可以使用打包和解包直接交换：
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```python
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primary_model = "gpt-5"
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backup_model = "o3"
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primary_model, backup_model = backup_model, primary_model
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```
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右侧先打包为元组，再解包给左侧变量。
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## 十七、元组内部包含可变对象
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请观察：
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```python
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agent_data = ("gpt-5", ["搜索", "计算"])
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agent_data[1].append("写作")
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```
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元组本身仍然不可变：不能把 `agent_data[1]` 替换成另一个列表。
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但是第二个元素指向的列表本身是可变对象，因此列表内部可以改变。
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这说明元组不可变的准确含义是：元组保存的元素引用不能被替换，并不保证元素内部的数据一定不可变。
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这是一个重要边界。本课能看懂即可，后续学习对象和引用时会继续加深理解。
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## 十八、列表与元组如何选择
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适合使用列表：
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- 数据需要经常添加、删除、修改；
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- 数量会变化；
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- 表达任务清单、工具集合、学习记录。
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适合使用元组：
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- 数据结构固定；
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- 创建后不希望改变；
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- 表达坐标、颜色值、固定配置、数据库返回的一条固定结构记录；
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- 需要通过解包一次取得多个数据。
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不要因为元组“看起来更高级”而强行使用。应该根据数据是否需要变化来选择。
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## 十九、运行本课示例
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在 PowerShell 中执行：
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```powershell
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cd D:\Code\Python\01_python基础\1_9_元组
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python tuples.py
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```
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示例无需用户输入，会依次展示创建、读取、切片、统计、遍历、拼接、转换、打包、解包和变量交换。
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## 二十、常见错误
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### 20.1 单元素元组忘记逗号
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```python
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single_value = ("Python",)
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```
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最后的逗号不可省略。
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### 20.2 尝试直接修改元组
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元组不支持按索引赋值，也没有列表的增删方法。
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### 20.3 解包变量数量不匹配
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三个元素通常需要三个接收变量，除非使用星号收集剩余元素。
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### 20.4 认为圆括号一定代表元组
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`("Python")` 是字符串；逗号才是创建单元素元组的关键。
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### 20.5 把元组中的列表也当作完全不可变
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元组不能替换元素，但元组内部的列表仍然可以修改自身内容。
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## 二十一、课堂练习
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打开 `practice.py`，完成“Agent 固定配置快照”。
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运行命令：
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```powershell
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python practice.py
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```
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练习会要求你创建配置元组、读取和切片、查找统计、解包、转换以及比较原配置和新配置。
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## 二十二、思考题
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1. 列表和元组最重要的区别是什么？
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2. 为什么单元素元组必须保留逗号？
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3. 元组切片会返回列表还是元组？
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4. 解包时变量数量不匹配会发生什么？
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5. 星号变量收集剩余元素后得到什么类型？
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6. 为什么经常变化的数据更适合使用列表？
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7. 元组中包含列表时，为什么列表内容仍然能够变化？
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## 二十三、本课小结
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- 元组是有顺序、不可变的数据集合；
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- 单元素元组必须包含逗号；
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- 元组支持索引、切片、遍历、成员判断和统计；
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- 元组不能直接增删或替换元素；
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- 需要新数据时，可以创建新元组或进行列表转换；
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- 打包把多个数据组合成元组；
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- 解包把元组元素分别赋给变量；
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- 星号可以收集剩余元素；
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- Python 可以通过打包解包交换变量；
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- 固定结构适合元组，经常变化的数据适合列表。
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## 二十四、验收标准
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- [ ] 能创建空元组、单元素元组和多元素元组；
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- [ ] 能使用索引和切片读取元组；
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- [ ] 能使用 `len()`、`in`、`index()` 和 `count()`；
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- [ ] 能遍历元组；
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- [ ] 能解释元组不可变；
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- [ ] 能完成打包和解包；
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- [ ] 能使用星号收集剩余元素；
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- [ ] 能在列表和元组之间转换；
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- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
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- [ ] 能回答七道思考题。
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