Списки (list). Кортежи (tuple) Python

Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» Тема 6. Списки (list). Кортежи (tuple) Списки (list) Списки в Python ‒ упорядоченные изменяемые коллекции объектов произвольных типов. В отличие от массива, тип объектов может быть различным. Аналогично массиву, элементы списка указываются в квадратных скобках []. Для того, чтобы работать со списком, его нужно задать. 6.1. Создание списка Для задания списка используется несколько способов: 1. Можно обработать любой итерируемый объект встроенной функцией list. c = list('Python') print(c) ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n'] 2. Список можно задать при помощи литерала, т. е. заполнить его вручную. c = [] # пустой список c1 = [1, 2, 3] # список содержит 3 числа print(c) print(c1) [] [1, 2, 3] 3. Списки можно генерировать, используя циклы. Общий вид: <выражение> for <переменная> in <последовательность> Пример 1: Заполнить список числами по порядку от 1 до 10. s1 = [i for i in range(1, 11)] print(s1) [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Пример 2: Заполнить список 5 случайными числами из диапазона от 1 до 10 включительно. import random n = 5 s = [random.randint(1, 10) for i in range(n)] print(s) [7, 6, 5, 3, 1] 4. Списки можно заполнить с клавиатуры после запуска программы. s1 = [int(input('Введите элемент списка: ')) for i in range(1, 11)] print(s1) В результате список заполнится введенными элементами и выведется на экран. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» А вот так заполнить список с клавиатуры не получится: s1 = [] for i in range(0, 10): s1[i] = int(input('введите элемент списка: ')) builtins.IndexError: list assignment index out of range 6.2. Обработка элементов списка Все элементы списка нумеруются по порядку от 0 до n-1, где n-количество элементов в списке. В отличие от строк, в списках по индексу можно обращаться к элементам списка – как для получения его значения, так и для изменения. В строках по индексу можно получить только символ строки, а вот поменять его нельзя. Получение значения элемента списка по его номеру Получение элемента списка по номеру, аналогично работе с массивом в других языках программирования. Мы указываем имя списка, а в квадратных скобках его номер. Нумерация элементов списка начинается с 0. s = [1, 2, 3, 4, 5] print(s[1]) 2 Данный способ работает не только для вывода. Допустим нам нужно сложить элементы списка, стоящие на нулевом и на втором месте. s = [1, 2, 3, 4, 5] a = s[0] + s[2] print(a) 4 Также индекс может быть и отрицательным числом, тогда нумерация идет справа налево: -1 -2 -3…, т. е. начинается не с 0. s = [1, 2, 3, 4] print(s[0]) print(s[-1]) 1 4 Срезы в списках Срезы в списках позволяют также как и в строках, извлекать не по одному элементу, а группы элементов. Синтаксис точно такой же, как и в строках list[start:end:step]. Пример: здесь комментариев. результаты выполнения будут продемонстрированы в виде Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» a = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7] print(a[1]) # 2 print(a[1:]) # [2, 3, 4, 5, 6, 7] print(a[1:4]) # [2, 3, 4] print(a[1:5:2]) # [2, 4] print(a[:3]) # [1, 2, 3] Изменение значения элемента списка по его номеру Изменение элемента списка по номеру работает аналогично изменению элемента массива в других языках программирования. Общий вид выглядит следующим образом: список[<номер элемента>] = <новое значение> s = [1, 2, 3, 4, 5] print(s) s[1] = 'Новый элемент' print(s) [1, 2, 3, 4, 5] [1, 'Новый элемент', 3, 4, 5] Заметьте, что изначально элемент был числовой, а мы заменили его на строковый. Тем самым показываем, что в списках могут храниться элементы разного типа. 6.3. Перебор элементов в списке Перебор элементов списка, так же, как и его заполнение, можно производить при помощи цикла. a = [1, 2, 5, 6, 7] for i in a: print(i, end=' ') 1 2 5 6 7 Если необходимо перебрать все элементы списка и при этом изменить их, то здесь можно воспользоваться функцией range. a = [1, 2, 5, 6, 7] for i in range(len(a)): a[i] += 1 print(a) [2, 3, 6, 7, 8] Также элементы можно перебрать при помощи цикла while. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» a = [1, 2, 5, 6, 7] i = 0 b = len(a) while (i < b): a[i] *= 2 i += 1 print(a) [2, 4, 10, 12, 14] 6.4. Функции и методы списков Элементы списка можно обрабатывать стандартными встроенными функциями Python, такими как:  min()  поиск минимального элемента. a = [8, 2, 3, 2, 5] print(min(a)) 2  max()  поиск максимального элемента. a = [8, 2, 3, 2, 5] print(max(a)) 8 Стоит отметить, что поиск максимального и минимального элемента выполняется в случае, если все элементы списка одного общего типа, т. е. либо они все являются числами (неважно, целыми или дробными), либо все являются символами и т. д. Иначе интерпретатор выдаст ошибку. Пример: a = [1, 3, '0'] print(min(a)) builtins.TypeError: unorderable types: str() < int() В результате произойдет ошибка сравнения числа и строки.  len()  количество элементов в списке. a = [8, 2, 3, 2, 5] print(len(a)) 5  list.append(x)  добавляет элемент в конец списка. a = [1, 2, 3] a.append('list') print(a) [1, 2, 3, 'list'] Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3»  list.extend(L)  расширяет список list, добавляя в конец все элементы списка L. a = [1, 2, 3] b = [0, 5] a.extend(b) print(a) [1, 2, 3, 0, 5]  list.insert(i, x)  вставляет на i-ое место значение x, сдвигая все значения после него вперед (вправо). a = [1, 2, 3] a.insert(1, 'list') print(a) [1, 'list', 2, 3]  list.remove(x)  удаляет первый элемент в списке, имеющий значение x. a = [1, 2, 3, 2, 5] print(a.remove(2)) print(a) None [1, 3, 2, 5]  list.pop([i])  удаляет i-ый элемент и возвращает его значение. Если индекс не указан, удаляется последний элемент. a = [1, 2, 3, 2, 5] print(a.pop(2)) print(a) 3 [1, 2, 2, 5]  list.index(x, [start [, end]])  возвращает положение первого элемента от start до end-1 со значением x a = [1, 2, 3, 2, 5, 6, 2, 5, 7, 2] print(a.index(2, 2, 4)) 3  list.count(x)  возвращает количество элементов со значением x. a = [1, 2, 3, 2, 5, 6, 2, 5, 7, 2] print(a.count(2)) 4  list.sort([key = <функция>])  сортирует список на основе функции. По умолчанию сортирует список в алфавитном порядке (для чисел – по возрастанию). key изучить отдельно. a = [1, 2, 3, 2, 5, 6, 2, 5, 7, 2] a.sort() print(a) [1, 2, 2, 2, 2, 3, 5, 5, 6, 7] Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3»  list.reverse()  симметрично переворачивает список. a = [1, 2, 3] a.reverse() print(a) [3, 2, 1]  list.copy()  поверхностная копия списка (создается новый составной объект со ссылками на объекты, находящиеся в оригинале). a = [1, 2, 3] b = a.copy() print(b) [1, 2, 3]  list.clear()  очищает список. a = [1, 2, 3] a.clear() print(a) [] Обратите внимание на то, что методы, предназначенные для изменения значения списка, меняют сам список, и результат выполнения метода не нужно присваивать какой-либо переменной: a = [1, 4, 2, 3] a.sort() print(a) a = a.reverse() print(a) [1, 2, 3, 4] None 6.5. Поиск минимального (максимального) элемента в списке Выше разбираются готовые функции для поиска минимума и максимума. Использование их не составляет никакого труда. Но смысл данного пункта в том, чтобы показать суть самого поиска, как алгоритма. Поиск минимума и поиск максимума являются, по сути, аналогичными задачами. Разбирать их будем на примере поиска минимального элемента. Алгоритм поиска: 1. Предполагаем, что минимальным является первый элемент. 2. Перебираем все элементы списка, начиная со второго, и сравниваем их с предполагаемым минимальным элементом. Если нашелся элемент меньше минимального, то присваиваем его на место минимального элемента. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» Пример: Заполнить список из 10 случайных целых чисел из диапазона от 0 до 10. Вывести список на экран. Найти минимальный элемент и вывести его отдельно. import random # подключаем модуль для работы со случайными числами # заполняем список десятью случайными числами a = [random.randint(1, 10) for i in range(10)] print(a) # выводим список на экран # поиск минимального элемента min = a[0] # предполагаем, что минимальный элемент – первый for i in range(1, len(a)): # перебираем все оставшиеся элементы списка if a[i] < min: # сравниваем с минимальным min = a[i] # при необходимости переприсваиваем print('Минимальный элемент списка: ', min) # выводим минимальный элемент на экран 6.6. Поиск указанного элемента в списке Для поиска элемента в списке есть специальный метод, рассмотренный выше. Но наша задача разобрать, как искать элемент без использования этого метода. Это необходимо для понимания принципа работы со списками. Алгоритм поиска: Предполагаем, что искомого элемента в списке нет. При помощи цикла перебираем все элементы списка и сравниваем их с искомым элементом. Если нашли совпадение, то останавливаем цикл. Пример: Заполнить список 10 случайными целыми числами из диапазона от 0 до 10. Вывести список на экран. Запросить искомое число и ввести его с клавиатуры. Проверить, есть ли число в списке, и выдать соответствующее сообщение. import random # подключаем модуль для работы со случайными числами a = [random.randint(0, 10) for i in range(10)] # заполняем список десятью # случайными числами print(a) # выводим список на экран b = int(input('Введите целое число: ')) # запрашиваем и вводим искомое число # поиск элемента rez = False # предполагаем, что элемента нет в списке for i in range(0, len(a)): # перебираем все элементы списка if a[i] == b: # сравниваем с искомым элементом rez = True # если элемент найден, отмечаем это break # останавливаем цикл if rez == True: # если истина, то элемент есть, иначе элемента нет print('Элемент есть в списке') else: print('Элемент в списке отсутствует') Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» 6.7. Сортировка списка Для сортировки списка также есть специальный метод sort(), но мы разберем сортировку без использования этого метода. Существует несколько способов сортировки элементов последовательностей. Здесь мы разберем только один – сортировку перестановкой. Сортировка перестановкой подразумевает поочередное сравнение каждого элемента со всеми следующими за ним элементами и, при необходимости, перемену их местами. Этот вид сортировки очень медленный, но наиболее понятный. import random a = [random.randint(1, 10) for i in range(10)] print(a) for i in range(len(a)-1): for j in range(i+1, len(a)): if a[j] < a[i]: a[i], a[j] = a[j], a[i] print(a) 6.8. Многомерные списки В Python, кроме обычных одномерных списков, также используются и многомерные списки. Чаще всего это двумерные списки. Многомерные списки также называют вложенными списками. Вложенными элементами могут быть и другие типы данных, например, кортежи, словари и т. п. Многомерный список задается следующим образом: a = [[], [], [], ... , []] Пример: a = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]] Исходя из правила, что выражение внутри скобок может быть записано в несколько строчек, удобно записать такой список в следующем виде: a = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9] ] Обращение к элементам происходит таким образом: на первом месте указывается номер подсписка в главном списке, а затем номер непосредственно элемента в подсписке. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» Пример: a = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9] ] print(a[1][1]) print(a[0][2]) 5 3 Также можно вывести не отдельный элемент, а один из вложенных списков. a = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9] ] print(a[1]) [4, 5, 6] Аналогично выводится весь двумерный список. Пример: a = [ [1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9] ] print(a) [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]] Вывод двумерного списка в виде таблицы При стандартном выводе двумерного списка все элементы выводятся в одну строчку, что может затруднять восприятие такого списка как многомерного. Гораздо удобнее, если список будет представлен в виде таблицы. Для вывода в виде таблицы понадобится два вложенных цикла. Один цикл перебирает строки, а второй – элементы в каждой строке. Допустим, у нас есть двумерный список, в котором 3 строки по 3 элемента. Зададим такой список в коде программы, а затем выведем его построчно. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» a=[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]] for i in range(len(a)): for j in range(len(a[i])): print (a[i][j], end=' ') print() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Заполнение двумерного списка  Заполнение двумерного списка вручную после запуска программы Заполнение двумерного списка после запуска программы не совсем тривиальная задача. При вводе элементов каждый вложенный список вводится с новой строки, а каждый элемент вложенного списка отделяется пробелом. В данном случае количество элементов во вложенных списках может быть разное. n = int(input()) # указываем количество строк в списке a = [] # создаем пустой список for i in range(n): row = input().split() # считываем строку чисел через пробел, # и разбиваем строку по разделителю, # по умолчанию это пробел # конвертируем элементы списка в числа (при необходимости) for i in range(len(row)): row[i] = int(row[i]) # добавляем список в качестве вложенного a.append(row) print(a) Пример результата выполнения программы: 2 1 3 5 2 4 6 [[1, 3, 5], [2, 4, 6]]  Заполнение двумерного списка случайными числами В данном примере рассмотрим заполнение элементов в случае, когда все вложенные списки имеют одинаковое количество элементов. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» import random int(input('Введите количество строк: ')) int(input('Введите количество элементов в строках: ')) [] # создаем пустой список i in range(n): row = [] # создаем пустой вложенный список for i in range(m): row.append(random.randint(1, 10)) # добавляем список в качестве вложенного a.append(row) n = m = a = for print(a) Пример результата выполнения программы: Введите количество строк: 3 Введите количество элементов в строках: 4 [[9, 10, 8, 4], [9, 3, 9, 5], [1, 4, 10, 9]]  Заполнение двумерного списка генератором Для создания двумерных списков можно использовать вложенные генераторы, разместив генератор списка, являющегося строкой, внутри генератора для строк. Например, сделать список из n строк и m столбцов при помощи генератора, создающего список из n элементов, каждый элемент которого является списком из m нулей: [[0 for j in range(m)] for i in range(n)] Но если число 0 заменить на некоторое выражение, зависящее от i (номер строки) и j (номер столбца), то можно получить список, заполненный по некоторой формуле. Допустим, нужен список, в котором n = 5 строк, m = 6 столбцов, и элемент в строке i и столбце j вычисляется по формуле: A[i][j] = i * j. Для создания такого массива можно использовать генератор: [[i * j for j in range(6)] for i in range(5)] Обработка элементов двумерного списка Для обработки всех элементов двумерного списка нужен вложенный цикл. Принцип работы рассмотрим на примере нахождения суммы всех элементов двумерного списка. a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]] s = 0 for i in range(len(a)): for j in range(len(a[i])): s += a[i][j] print(s) 45 Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» 6.9. Кортежи (tuple) Кортеж – это последовательность неизменяемых объектов. Кортежи очень схожи со списками. Разница заключается в том, что:  элементы кортежа не могут быть изменены;  используют обычные круглые скобки, вместо квадратных. Преимущество кортежа по сравнению со списком в том, что он занимает меньше места в памяти. Обработка элементов кортежа Кортеж создается либо простым присваиванием элементов, разделенных запятыми, либо с указанием их в скобках, но тоже через запятую. Пример: a = ('кортеж', 'Python', 3, 0) b = (1, 2, 3, 4) c = 'a', 'b', 'c' При необходимости создания пустого кортежа используют пустые скобки. a = () Также кортеж можно создать из итерируемого объекта, например, из строки, используя встроенную функцию: a = tuple('Python') print(a) ('P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n') Заполнение кортежа с клавиатуры s1 = tuple([int(input('Введите элемент массива: ')) for i in range(1,11)]) print(s1) Элементы можно ввести с клавиатуры простым способом: s = input('Введите по порядку, без пробелов, элементы кортежа: ') # ввод: qwerty a = tuple(s) print(a) ('q', 'w', 'e', 'r', 't', 'y') Заполнение кортежа случайными числами import random s1 = tuple([random.randint(1, 10) for i in range(1, 11)]) print(s1) Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» (1, 2, 7, 8, 4, 10, 2, 4, 9, 5) Заполнение кортежа по правилу Допустим, нам нужно заполнить кортеж из 10 элементов степенями двойки от 1 до 10. s1 = tuple([pow(2, i) for i in range(1, 11)]) print(s1) (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024) 6.10. Получение данных из кортежа Для того, чтобы получить какой-то элемент кортежа, необходимо обратиться к нему по индексу с указанием его в квадратных скобках []. a = (1, 2, 3, 4) print('a[1] =', a[1]) a[1] = 2 Если нужен диапазон элементов из кортежа, то пользуются срезом. a = (1, 2, 3, 4) print('a[1:3] =', a[1:3]) a[1:3] = (2, 3) Если необходим весь кортеж, то к нему обращаемся просто по имени переменной. a = (1, 2, 3, 4) print('a =', a) a = (1, 2, 3, 4) Базовые операторы и методы кортежей Над кортежами определены все те операции, которые определены над списками, но не изменяющие элементы списка. Приведем некоторые в виде таблицы. Функция, метод len() Описание Длина кортежа (количество элементов). Пример a=(1,2,3,5,8) print(len(a)) Получим: 5 Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» + Объединение (склеивание) кортежей. a=(1,2,5) b=(3,4) c=a+b print(c) Получим: (1,2,5,3,4) in Вхождение элемента в кортеж, если элемент присутствует, то получаем True, иначе False. a=(1,2,3,4) print(2 in a) Получим: True a=(1,0,0.3) print(max(a)) Получим: 1 max() Поиск максимального элемента кортежа. Работает только если все элементы кортежа однотипные. b=('f1', '3f', 'f2') print(max(b)) Получим: f2 a=(1,'0',0.3) print(max(a)) Получим ошибку a=(1,0,0.3) print(min(a)) Получим: 0 min() Поиск минимального элемента кортежа. Работает только если все элементы кортежа однотипные. b=('f1', '3f', 'f2') print(min(b)) Получим: 3f a=(1,'0',0.3) print(min(a)) Получим ошибку Обновление кортежа, удаление элемента Изначально, как уже отмечалось выше, кортеж – это неизменяемая последовательность. Но все-таки иногда возникает необходимость его изменения, и тогда поступают следующим образом: создают новый кортеж с некоторыми элементами из старого и добавляют новые. 6.11. Функция zip Функция zip() предназначена для объединения в кортежи элементов итерируемых последовательностей по следующему правилу. Первые элементы всех указанных в качестве аргументов последовательностей объединяются в первый кортеж, вторые элементы во второй кортеж и т. д. Процесс останавливается тогда, когда достигнут конец самой короткой последовательности. Как правило, для удобства дальнейшей работы все полученные кортежи объединяют в последовательность (список, кортеж, словарь, множество). Итерируемые последовательности, используемые в качестве аргументов в одной функции zip(), могут быть разного типа. Подсадников А.В., Розов К.В., Русецкий А.В. «Основы программирования на языке Python 3» Пример: a = 'строка' #строка b = [1, 'a', 2] #список c = ('Кортеж', 'из', 'нескольких', 'слов') #кортеж d = list(zip(a, b, c)) #получаем список кортежей d1 = tuple(zip(a, b, c)) #получаем кортеж кортежей print(d) print(d1) Результат: [('с', 1, 'Кортеж'), ('т', 'a', 'из'), ('р', 2, 'нескольких')] (('с', 1, 'Кортеж'), ('т', 'a', 'из'), ('р', 2, 'нескольких')) 6.12. Функция enumerate Функция enumerate() применяется для упрощения перебора элементов итерируемых последовательностей, когда вместе с элементами требуется получить их индексы. Результатом работы функции является кортеж, состоящий из двух элементов – индекса элемента и его значения. Пример: a = [2, 4, 6] for i in enumerate(a): print(i) (0, 2) (1, 4) (2, 6) При обработке всех элементов последовательности вместо комбинации range(len()) может быть удобнее использовать функцию enumerate(). Пример 1: a = [2, 4, 6] for i in range(len(a)): print(i, a[i]) 0 2 1 4 2 6 Пример 2: a = [2, 4, 6] for i, val in enumerate(a): print(i, val) 0 2 1 4 2 6