Python 資料結構 – 清單（list）

建立、索引、切片

簡介

在 Python 中，**清單（list）**是最常使用、也是最彈性的序列型別之一。無論是臨時儲存使用者輸入、處理檔案資料，或是實作演算法的中間結果，清單都扮演關鍵角色。
掌握清單的 建立、索引 與切片，不僅能讓程式碼更簡潔，也能提升執行效率，對於從初學者晉升為中級開發者而言，是不可或缺的基礎功。

本篇文章將以 繁體中文（台灣） 為語言，從概念說明、實作範例、常見陷阱到實務應用，完整呈現清單的核心操作，讓讀者能在寫程式時得心應手。

核心概念

1️⃣ 清單的建立

Python 提供多種方式建立清單：

建立方式	說明
直接使用方括號 `[]`	最常見、語意直觀
`list()` 內建函式	可將其他可迭代物件轉為清單
列表生成式（list comprehension）	以簡潔的語法一次產生多筆資料

範例 1：基本建立

# 直接使用方括號
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 使用 list() 轉換字串為字元清單
chars = list("Python")

# 列表生成式：產生 0~9 的平方數
squares = [x**2 for x in range(10)]

print(numbers)   # [1, 2, 3, 4, 5]
print(chars)     # ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']
print(squares)   # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

註解：

方括號內的元素可以是任意型別，甚至可以混合不同型別。

list() 會把可迭代物件（如字串、元組、集合）逐一取出成為清單元素。

列表生成式的語法 [...] for ... in ...，可配合條件表達式過濾資料。

2️⃣ 清單的索引（Index）

清單支援 零基礎索引，也就是第一個元素的索引為 0。負數索引則從尾端開始計算，-1 表示最後一個元素。

範例 2：正向與負向索引

fruits = ["蘋果", "香蕉", "櫻桃", "芒果"]

# 正向索引
first = fruits[0]      # "蘋果"
third = fruits[2]      # "櫻桃"

# 負向索引
last = fruits[-1]      # "芒果"
second_last = fruits[-2]  # "櫻桃"

print(first, third, last, second_last)
# 蘋果 櫻桃 芒果 櫻桃

小技巧：

若索引超出範圍，會拋出 IndexError。可以先用 len(list) 檢查長度，或使用 try/except 捕捉例外。

3️⃣ 清單的切片（Slice）

切片允許一次取出連續的一段子清單，語法為 list[start:stop:step]，其中：

start：起始索引（含），預設為 0。
stop：結束索引（不含），預設為清單長度。
step：步長，預設為 1，可為負數實現反向切片。

範例 3：基本切片

numbers = list(range(1, 11))   # [1, 2, ..., 10]

# 取得第 2~5 個元素（索引 1~4）
sub1 = numbers[1:5]            # [2, 3, 4, 5]

# 省略 start，從開頭到第 4 個元素（不含索引 4）
sub2 = numbers[:4]             # [1, 2, 3, 4]

# 省略 stop，從第 6 個元素到結尾
sub3 = numbers[5:]             # [6, 7, 8, 9, 10]

# 使用 step = 2，取出奇數位置的元素
sub4 = numbers[::2]            # [1, 3, 5, 7, 9]

# 反向切片，取得倒序清單
sub5 = numbers[::-1]           # [10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

print(sub1, sub2, sub3, sub4, sub5, sep="\n")

範例 4：切片與賦值（修改子清單）

letters = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']

# 把索引 1~3 的元素換成 X、Y、Z
letters[1:4] = ['X', 'Y', 'Z']
print(letters)   # ['a', 'X', 'Y', 'Z', 'e']

# 使用步長替換偶數位置的元素
letters[::2] = ['1', '2', '3']
print(letters)   # ['1', 'X', '2', 'Z', '3']

說明：切片左側可以直接賦值，長度不必相同，Python 會自動調整清單大小。

4️⃣ 常用的清單操作（補充）

方法	功能
`append(item)`	在尾端加入單一元素
`extend(iterable)`	把另一個可迭代物件的所有元素接在尾端
`insert(index, item)`	在指定位置插入元素
`pop([index])`	移除並返回指定索引的元素，預設最後一個
`remove(item)`	移除第一個出現的指定值
`clear()`	清空清單
`sort(key=None, reverse=False)`	原位排序
`sorted(list, ...)`	回傳排序後的新清單

範例 5：結合索引與方法

data = [10, 20, 30, 40]

# 在索引 2 前插入 25
data.insert(2, 25)   # [10, 20, 25, 30, 40]

# 移除最後一筆資料並取得它
last = data.pop()    # last = 40, data = [10, 20, 25, 30]

# 把另一個清單合併進來
data.extend([50, 60])
print(data)          # [10, 20, 25, 30, 50, 60]

常見陷阱與最佳實踐

陷阱	說明	最佳實踐
共享同一個清單物件	`a = [] ; b = a` 會讓 `a`、`b` 指向同一個清單，修改其中一個會影響另一個。	使用 `b = a.copy()` 或 `b = list(a)` 產生獨立副本。
切片返回新清單	`sub = lst[1:3]` 產生的是新清單，對 `sub` 的修改不會影響原清單。	若要就地修改，使用切片賦值 `lst[1:3] = [...]`。
負索引超出範圍	`lst[-len(lst)-1]` 會拋 `IndexError`。	先檢查長度或使用 `try/except`。
步長為 0	`lst[::0]` 會產生 `ValueError: slice step cannot be zero`。	確保 `step` 不為 0，或在計算前先驗證。
不必要的多層巢狀迴圈	使用列表生成式或內建函式（如 `sum`, `any`, `all`）可降低複雜度。	優先考慮 `list comprehension`、`map`、`filter`。

小提醒：在大量資料處理時，盡量避免在迴圈內不斷呼叫 list.append()，改用列表生成式或一次性建立完整清單，可減少記憶體重新配置的開銷。

實際應用場景

資料清理
讀取 CSV 檔後，常需要把某欄位的字串切割、取子集或重新排序。利用切片與列表生成式，可快速產生乾淨的資料清單。
簡易快取（Cache）
使用清單作為 LRU（Least Recently Used）快取的實作，只需 pop(0) 移除最舊項目，append(item) 新增最新項目。
遊戲開發 – 角色指令序列
玩家的指令可以存成清單，透過切片取得最近的 N 步驟，或使用 [::-1] 逆向檢查歷史行為。
演算法練習 – 滑動視窗
在字串或數列問題中，滑動視窗常以切片 lst[i:i+k] 實作，簡潔且效能佳。
機器學習前處理
把文字資料切成 n-gram、把圖像像素展平成一維清單，都是透過 list() 與切片完成的基礎步驟。

總結

建立：使用方括號、list()、列表生成式，依需求選擇最直觀或最高效的方式。
索引：零基礎索引與負向索引讓存取任意位置變得簡單，務必留意範圍檢查以避免 IndexError。
切片：list[start:stop:step] 是取子清單、反向、跳躍取樣的強大工具，並支援賦值以就地修改。
最佳實踐：避免共享同一個清單物件、合理使用切片返回新清單或就地修改、檢查步長與索引的合法性。

掌握以上概念後，你將能在 Python 專案中自如地操作清單，從簡單的資料收集到複雜的演算法實作，都能以清晰、效能佳的方式完成。祝你寫程式愉快，持續探索 Python 更深層的可能性！