Python 陣列完整指南｜List、Tuple、NumPy 的差異與使用方式

By 佐川 直弘 | Naohiro Sagawa (運営者)

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1. 前言

Python 是一種具有簡潔且直觀語法的程式語言，廣泛應用於各個領域。其中，「陣列」在資料的管理與操作中扮演著重要角色。

不過，Python 中不像 C 語言那樣有「陣列型別」，而是使用 List（串列）、Tuple（元組）、NumPy 陣列（ndarray） 等資料結構。由於這些資料結構各有其特性與使用情境，選擇合適的資料結構非常重要。

什麼是 Python 的陣列？

• List（串列）：可變動、彈性高的資料結構
• Tuple（元組）：不可變動，執行效率高
• NumPy 陣列（ndarray）：專為數值計算與資料分析而設計的陣列型別

本文將完整介紹 Python 陣列的基礎與進階用法。透過實際程式碼範例，讓初學者也能輕鬆理解與掌握。

2. 什麼是 Python 的陣列？（List、Tuple、NumPy）

在 Python 中，並沒有提供傳統意義上的「陣列」型別。因此，一般情況下會使用 List（串列） 來進行類似陣列的資料處理。

如果要處理不可變的資料，可以使用 Tuple（元組）；若需進行高效的數值運算，則使用 NumPy 的 ndarray。

Python 中常用來表示陣列的資料結構

List、Tuple、NumPy 陣列的基本用法

在 Python 中，可以用以下方式建立 List、Tuple、NumPy 陣列：

import numpy as np

# 建立 List（串列）
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 建立 Tuple（元組）
my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)

# 建立 NumPy 陣列
my_array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

print(my_list)   # [1, 2, 3, 4, 5]
print(my_tuple)  # (1, 2, 3, 4, 5)
print(my_array)  # [1 2 3 4 5]

List、Tuple、NumPy 陣列的差異比較

3. 了解 Python 的 List（串列）

Python 的 List（串列）是一種可變長度（mutable）的資料結構，類似於陣列。使用串列可以將數字、字串等不同資料型態的值放入同一個資料結構中。List 是 Python 中最基本且最常使用的資料結構之一。

List 的基本操作

建立 List 的方法

在 Python 中，List 是使用中括號 [] 來建立 的。

# 建立空的 List
empty_list = []

# 包含數字的 List
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 包含字串的 List
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

# 也可以混合不同資料型別
mixed_list = [1, "hello", 3.14, True]

print(numbers)      # [1, 2, 3, 4, 5]
print(fruits)       # ['apple', 'banana', 'cherry']
print(mixed_list)   # [1, 'hello', 3.14, True]

存取 List 中的元素

你可以透過索引（index）來存取 List 的元素。Python 的索引從0 開始，也可以使用負數索引從後面開始存取。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

# 使用索引取得元素
print(fruits[0])   # apple
print(fruits[1])   # banana

# 使用負索引（從後面數）
print(fruits[-1])  # cherry
print(fruits[-2])  # banana

List 的切片（Slice）操作

使用切片可以取得 List 的部分元素。

numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# 取得前 5 個元素
print(numbers[:5])  # [0, 1, 2, 3, 4]

# 取得第 3 到第 7 個元素（不含 index 7）
print(numbers[2:7])  # [2, 3, 4, 5, 6]

# 取得最後 3 個元素
print(numbers[-3:])  # [7, 8, 9]

# 每隔一個取一個元素
print(numbers[::2])  # [0, 2, 4, 6, 8]

修改 List 中的元素

List 是可變（mutable） 的資料結構，可以直接修改其中的元素。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

# 修改第二個元素
fruits[1] = "orange"
print(fruits)  # ['apple', 'orange', 'cherry']

新增與刪除 List 中的元素

新增元素

你可以使用 append() 或 insert() 方法來新增元素到 List 中。

fruits = ["apple", "banana"]

# 在尾端新增元素
fruits.append("cherry")
print(fruits)  # ['apple', 'banana', 'cherry']

# 在指定位置插入元素
fruits.insert(1, "orange")
print(fruits)  # ['apple', 'orange', 'banana', 'cherry']

刪除元素

要刪除 List 中的元素，可以使用 remove() 或 pop()。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

# 根據值刪除元素
fruits.remove("banana")
print(fruits)  # ['apple', 'cherry']

# 根據索引刪除元素
fruits.pop(1)
print(fruits)  # ['apple']

List 的合併與複製

合併 List

使用 + 運算子可以合併兩個 List。

list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]

combined_list = list1 + list2
print(combined_list)  # [1, 2, 3, 4, 5, 6]

複製 List

複製 List 時，使用切片 [:] 是比較安全的方式。

original_list = [1, 2, 3]
copied_list = original_list[:]

print(copied_list)  # [1, 2, 3]

總結

• List 是可變長度的資料結構，支援新增、刪除與修改元素
• 可以透過索引與切片操作來存取元素
• 學會如何有效地操作 List（新增、刪除、合併、排序等）

4. 了解 Python 的 Tuple（元組）

Python 中的 Tuple（元組） 和 List（串列）類似，都是可以儲存多個值的資料結構，但有一個重要的差異：Tuple 是不可變動（immutable） 的。
也就是說，建立之後的元組，其內容無法修改、無法新增、也無法刪除。

這樣的特性使得 Tuple 適合用在需要保證資料不被更動的場景。此外，相較於 List，Tuple 的記憶體效率更高，執行速度也更快。

Tuple 的基本操作

建立 Tuple 的方法

Tuple 是使用小括號 () 來建立的。

# 建立 Tuple
fruits = ("apple", "banana", "cherry")
numbers = (1, 2, 3, 4, 5)

print(fruits)   # ('apple', 'banana', 'cherry')
print(numbers)  # (1, 2, 3, 4, 5)

建立單一元素的 Tuple

當 Tuple 只有一個元素時，需要特別注意：
必須加上逗號 ,，否則 Python 會將其視為普通的數值或字串。

single_value = (42)      # 這不是 Tuple，而是整數
correct_tuple = (42,)    # 這才是正確的 Tuple

print(type(single_value))  # <class 'int'>
print(type(correct_tuple))  # <class 'tuple'>

存取 Tuple 中的元素

Tuple 的元素也可以使用索引（index）來存取，與 List 相同，索引從0 開始。

colors = ("red", "green", "blue")

# 使用索引存取元素
print(colors[0])  # red
print(colors[1])  # green

# 使用負索引
print(colors[-1])  # blue
print(colors[-2])  # green

Tuple 的切片（Slice）操作

Tuple 也可以像 List 一樣進行切片（slice）操作。

numbers = (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)

# 取得前 5 個元素
print(numbers[:5])  # (0, 1, 2, 3, 4)

Tuple 與 List 之間的轉換

可以使用 tuple() 與 list() 函式，將 Tuple 和 List 互相轉換。

# List → Tuple
numbers_list = [1, 2, 3]
numbers_tuple = tuple(numbers_list)
print(numbers_tuple)  # (1, 2, 3)

# Tuple → List
fruits_tuple = ("apple", "banana", "cherry")
fruits_list = list(fruits_tuple)
print(fruits_list)  # ['apple', 'banana', 'cherry']

總結

• Tuple 是不可變的（immutable），建立後無法修改
• 比 List 更省記憶體，執行速度也更快
• 適用於需要保證資料不被更動的場景（如：常數、dictionary 的鍵、函式的回傳值）
• 可以與 List 互相轉換，但若資料會被修改，建議使用 List

5. 【比較表】List vs Tuple — 應該使用哪一個？

在 Python 中，List（串列） 和 Tuple（元組） 都可以用來表示陣列。不過，它們之間有一些重要的差異，正確區分使用情境非常重要。

List 與 Tuple 的差異

首先，以下用一張比較表來說明 List 和 Tuple 的主要差異：

如何選擇使用 List 或 Tuple？

✅ 適合使用 List 的情況

1. 需要修改資料內容時

users = ["Alice", "Bob", "Charlie"]
users.append("David")  # 新增使用者
print(users)  # ['Alice', 'Bob', 'Charlie', 'David']

2. 需要處理可變長度的資料時

user_input = []
while True:
    data = input("請輸入資料（輸入 exit 結束）：")
    if data == "exit":
        break
    user_input.append(data)
print(user_input)

✅ 適合使用 Tuple 的情況

1. 資料不應被修改時

weekdays = ("Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday", "Sunday")

2. 需要將其用作 dictionary 的鍵時

location_data = {
    (35.6895, 139.6917): "Tokyo",
    (40.7128, -74.0060): "New York"
}
print(location_data[(35.6895, 139.6917)])  # Tokyo

總結

• List 是可變資料結構，適合需要新增、刪除、修改資料的情況。
• Tuple 是不可變結構，適合用於不需修改的資料或作為 dictionary 的鍵。
• 若要處理動態資料，List 是更合適的選擇。

6. 陣列操作的進階應用

善用 Python 的 List（串列）和 Tuple（元組），可以實現更高階的資料處理。這一節將介紹陣列操作的進階技巧，讓你能將其應用在實用的程式開發中。

List 推導式（快速建立 List）

# 一般的方式建立平方數 List
squares = []
for x in range(10):
    squares.append(x**2)
print(squares)  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 使用 List 推導式（更簡潔）
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

處理多維 List（巢狀結構）

# 建立 3x3 的矩陣
matrix = [
    [1, 2, 3],
    [4, 5, 6],
    [7, 8, 9]
]
print(matrix[0])      # [1, 2, 3]
print(matrix[1][2])   # 6

List 與 Dictionary 的互相轉換

# 將兩個 List 合併為 Dictionary
keys = ["name", "age", "city"]
values = ["Alice", 25, "Tokyo"]
person_dict = dict(zip(keys, values))
print(person_dict)  # {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'Tokyo'}

List 的排序與隨機操作

import random

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(numbers)   # 隨機打亂順序
print(numbers)  # 範例: [3, 1, 5, 2, 4]

random_choice = random.choice(numbers)  # 隨機選取一個元素
print(random_choice)  # 範例: 2

總結

• 使用 List 推導式可以更有效率地建立 List。
• 透過多維 List 可以表示矩陣或表格資料。
• 可將 List 與 Dictionary 互相轉換，靈活管理資料。
• 掌握排序與隨機操作，可實現更進階的資料處理。

7. 常見問題（FAQ）

Python 中的 List 和 Tuple 是非常實用的資料結構，但在實際使用中也常會遇到一些疑問。
本章節將以 Q&A 形式，解答有關 List 和 Tuple 的常見問題。

Q1：List 和 Tuple 有什麼不同？

A：最大的不同在於，List 是可變的（mutable），而 Tuple 是不可變的（immutable）。

# List（可變）
my_list = [1, 2, 3]
my_list[0] = 100  # 可以修改
print(my_list)  # [100, 2, 3]

# Tuple（不可變）
my_tuple = (1, 2, 3)
my_tuple[0] = 100  # TypeError：'tuple' object does not support item assignment

Q2：正確複製 List 的方法是什麼？

A：建議使用 copy() 或切片 [:] 來複製 List，這樣比較安全。

# 使用切片複製
list_a = [1, 2, 3]
list_b = list_a[:]
list_b[0] = 100
print(list_a)  # [1, 2, 3] ← 原本的 List 沒有被改動！

Q3：什麼是 List 推導式（List comprehension）？

# 一般寫法
squares = []
for x in range(10):
    squares.append(x**2)

# ✅ 使用 List 推導式寫法更簡潔
squares = [x**2 for x in range(10)]

Q4：如何將 List 轉換成 JSON 格式？

import json

data = [1, 2, 3, 4, 5]
json_data = json.dumps(data)
print(json_data)  # "[1, 2, 3, 4, 5]"

Q5：如何將 List 的元素隨機排序？

import random

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(numbers)
print(numbers)  # 範例： [3, 1, 5, 2, 4]

Q6：NumPy 陣列和 List 有什麼差異？

import numpy as np

arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(arr * 2)  # [2 4 6 8 10]

總結

在本章中，我們針對 Python 的 List 和 Tuple 的常見問題與解決方法進行了說明：

• List 和 Tuple 的差異 → 是否可變動
• 複製 List → 使用 copy() 或切片 [:]
• List 推導式 → 可簡化 for 迴圈的寫法
• List 轉換為 JSON → 使用 json.dumps() / json.loads()
• NumPy 陣列和 List 的比較 → NumPy 更適合用於高效數值運算

8. 總結

本文完整介紹了 Python 中的陣列相關資料結構（List、Tuple、NumPy 陣列），從基礎觀念到進階應用，幫助你全面理解與實作。

本篇文章學到的重點

✅ 什麼是 Python 的陣列？

• Python 沒有像 C 語言那樣的「傳統陣列型別」
• 取而代之的是「List（串列）」「Tuple（元組）」「NumPy 陣列（ndarray）」

✅ Python 的 List

• 可變長度（mutable）的資料結構
• 可以新增、刪除、修改元素

✅ Python 的 Tuple

• 不可變（immutable）的資料結構
• 可作為 dictionary 的鍵使用
• 效能更高、記憶體使用更少

✅ List vs Tuple 比較表

延伸閱讀推薦

📘 Python 官方文件

• List（串列）
• Tuple（元組）
• NumPy 官方文件

最後的建議

熟悉 Python 中的陣列結構（List、Tuple、NumPy）之後，你將能更有效率地管理與處理資料。

請務必實際動手寫程式練習看看！