Python 标准库之 itertools 模块

1. itertools 模块简介

itertools 模块是 Python 标准库中用于操作迭代器的工具集。迭代器是 Python 中一种强大的概念，允许我们逐个处理数据序列，而无需一次性将整个序列加载到内存中。itertools 模块提供了一系列函数，可用于创建、组合和处理迭代器，极大地简化了与迭代相关的编程任务，在处理大型数据集或需要复杂迭代逻辑的场景中非常有用。

2. 无穷迭代器

count()：生成从指定值开始的无穷整数序列。

python">import itertoolscounter = itertools.count(start = 1, step = 2)
for _ in range(5):print(next(counter))

在上述代码中，itertools.count(start = 1, step = 2) 创建了一个从 1 开始，步长为 2 的无穷整数迭代器。通过 next(counter) 获取迭代器的下一个值，这里使用 for 循环获取前 5 个值，输出为 1 3 5 7 9。

cycle()：循环迭代给定的序列，无穷重复。

python">import itertoolscycles = itertools.cycle(['a', 'b', 'c'])
for _ in range(6):print(next(cycles))

此代码中，itertools.cycle(['a', 'b', 'c']) 创建了一个循环迭代 ['a', 'b', 'c'] 序列的无穷迭代器。循环 6 次，输出为 a b c a b c。

repeat()：重复生成一个元素，无穷次或指定次数。

python">import itertoolsrepeater = itertools.repeat('hello', times = 3)
for item in repeater:print(item)

这里 itertools.repeat('hello', times = 3) 创建了一个重复 'hello' 三次的迭代器，输出为 hello hello hello。如果不指定 times 参数，将无穷重复。

3. 有限迭代器

accumulate()：对迭代器中的元素进行累积计算。

python">import itertools
import operatornums = [1, 2, 3, 4]
acc = itertools.accumulate(nums, operator.add)
print(list(acc))

代码中，itertools.accumulate(nums, operator.add) 对列表 nums 中的元素进行累加操作。operator.add 是用于指定累加操作的函数。输出为 [1, 3, 6, 10]，分别是 1，1 + 2，1 + 2 + 3，1 + 2 + 3 + 4 的结果。如果不指定操作函数，默认进行加法运算。

chain()：将多个迭代器连接成一个迭代器。

python">import itertoolslist1 = [1, 2]
list2 = [3, 4]
chained = itertools.chain(list1, list2)
print(list(chained))

itertools.chain(list1, list2) 将列表 list1 和 list2 连接成一个迭代器，输出为 [1, 2, 3, 4]，就像将两个列表合并成一个序列进行迭代。

4. 组合迭代器

product()：生成多个迭代器的笛卡尔积。

python">import itertoolscolors = ['red', 'blue']
sizes = ['S', 'M']
products = itertools.product(colors, sizes)
print(list(products))

这里 itertools.product(colors, sizes) 生成了 colors 和 sizes 两个列表的笛卡尔积，输出为 [('red', 'S'), ('red', 'M'), ('blue', 'S'), ('blue', 'M')]，即两个列表元素所有可能的组合。

permutations()：生成给定序列的所有排列。

python">import itertoolsnums = [1, 2, 3]
permutations_list = itertools.permutations(nums)
print(list(permutations_list))

itertools.permutations(nums) 生成列表 nums 中元素的所有排列，输出为 [(1, 2, 3), (1, 3, 2), (2, 1, 3), (2, 3, 1), (3, 1, 2), (3, 2, 1)]。

combinations()：生成给定序列的所有组合（不考虑顺序）。

python">import itertoolsnums = [1, 2, 3]
combinations_list = itertools.combinations(nums, 2)
print(list(combinations_list))

itertools.combinations(nums, 2) 生成列表 nums 中元素长度为 2 的所有组合，输出为 [(1, 2), (1, 3), (2, 3)]，组合中的元素顺序是固定的，且不包含重复组合。