Python 生成器(generator)及斐波那契數(shù)生成器列算法

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通過(guò)列表生成式嗽测,我們可以直接創(chuàng)建一個(gè)列表。但是肿孵,受到內(nèi)存限制唠粥,列表容量肯定是有限的。而且停做,創(chuàng)建一個(gè)包含100萬(wàn)個(gè)元素的列表晤愧,不僅占用很大的存儲(chǔ)空間,如果我們僅僅需要訪問(wèn)前面幾個(gè)元素蛉腌,那后面絕大多數(shù)元素占用的空間都白白浪費(fèi)了官份。

所以,如果列表元素可以按照某種算法推算出來(lái)烙丛,那我們是否可以在循環(huán)的過(guò)程中不斷推算出后續(xù)的元素呢舅巷?這樣就不必創(chuàng)建完整的list酌壕,從而節(jié)省大量的空間蜜葱。在Python中,這種一邊循環(huán)一邊計(jì)算的機(jī)制掘譬,稱為生成器:generator忘蟹。

要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)generator飒房,有很多種方法搁凸。第一種方法很簡(jiǎn)單,只要把一個(gè)列表生成式的[]改成()狠毯,就創(chuàng)建了一個(gè)generator.

>>> L = [x * x for x in range(10)]
>>> L
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

generator保存的是算法坪仇,每次調(diào)用next(g),就計(jì)算出g的下一個(gè)元素的值垃你,直到計(jì)算到最后一個(gè)元素椅文,沒(méi)有更多的元素時(shí),拋出StopIteration的錯(cuò)誤惜颇。

當(dāng)然皆刺,上面這種不斷調(diào)用next(g)實(shí)在是太變態(tài)了,正確的方法是使用for循環(huán)凌摄,因?yàn)間enerator也是可迭代對(duì)象:

>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> for n in g:
...     print(n)
... 
0
1
4
9
16
25
36
49
64
81

所以羡蛾,我們創(chuàng)建了一個(gè)generator后,基本上永遠(yuǎn)不會(huì)調(diào)用next()锨亏,而是通過(guò)for循環(huán)來(lái)迭代它痴怨,并且不需要關(guān)心StopIteration的錯(cuò)誤。

generator非常強(qiáng)大器予。如果推算的算法比較復(fù)雜浪藻,用類似列表生成式的for循環(huán)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的時(shí)候,還可以用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)乾翔。

比如爱葵,著名的斐波拉契數(shù)列(Fibonacci),除第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)外反浓,任意一個(gè)數(shù)都可由前兩個(gè)數(shù)相加得到:

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

斐波拉契數(shù)列用列表生成式寫不出來(lái)萌丈,但是,用函數(shù)把它打印出來(lái)卻很容易:

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print(b)
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'

注意雷则,賦值語(yǔ)句:

a, b = b, a + b

相當(dāng)于:

t = (b, a + b) # t是一個(gè)tuple
a = t[0]
b = t[1]

但不必顯式寫出臨時(shí)變量t就可以賦值辆雾。

上面的函數(shù)可以輸出斐波那契數(shù)列的前N個(gè)數(shù):

>>> fib(6)
1
1
2
3
5
8
'done'

仔細(xì)觀察,可以看出月劈,fib函數(shù)實(shí)際上是定義了斐波拉契數(shù)列的推算規(guī)則度迂,可以從第一個(gè)元素開始,推算出后續(xù)任意的元素艺栈,這種邏輯其實(shí)非常類似generator英岭。

也就是說(shuō),上面的函數(shù)和generator僅一步之遙湿右。要把fib函數(shù)變成generator诅妹,只需要把print(b)改為yield b就可以了:

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'

這就是定義generator的另一種方法。如果一個(gè)函數(shù)定義中包含yield關(guān)鍵字,那么這個(gè)函數(shù)就不再是一個(gè)普通函數(shù)吭狡,而是一個(gè)generator:

>>> f = fib(6)
>>> f
<generator object fib at 0x104feaaa0>
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