Содержание
Сегодня я расскажу о таком типе данных, как списки, операциях над ними и методах, о генераторах списков и о применении списков.
Что такое списки?
Списки в Python — упорядоченные изменяемые коллекции объектов произвольных типов (почти как массив, но типы могут отличаться).
Чтобы использовать списки, их нужно создать. Создать список можно несколькими способами. Например, можно обработать любой итерируемый объект (например, строку) встроенной функцией list:
Список можно создать и при помощи литерала:
Как видно из примера, список может содержать любое количество любых объектов (в том числе и вложенные списки), или не содержать ничего.
И еще один способ создать список — это генераторы списков. Генератор списков — способ построить новый список, применяя выражение к каждому элементу последовательности. Генераторы списков очень похожи на цикл for.
Возможна и более сложная конструкция генератора списков:
Но в сложных случаях лучше пользоваться обычным циклом for для генерации списков.
Функции и методы списков
Создать создали, теперь нужно со списком что-то делать. Для списков доступны основные встроенные функции, а также методы списков.
Таблица "методы списков"
| Метод | Что делает |
|---|---|
| list.append(x) | Добавляет элемент в конец списка |
| list.extend(L) | Расширяет список list, добавляя в конец все элементы списка L |
| list.insert(i, x) | Вставляет на i-ый элемент значение x |
| list.remove(x) | Удаляет первый элемент в списке, имеющий значение x. ValueError, если такого элемента не существует |
| list.pop([i]) | Удаляет i-ый элемент и возвращает его. Если индекс не указан, удаляется последний элемент |
| list.index(x, [start [, end]]) | Возвращает положение первого элемента со значением x (при этом поиск ведется от start до end) |
| list.count(x) | Возвращает количество элементов со значением x |
| list.sort([key=функция]) | Сортирует список на основе функции |
| list.reverse() | Разворачивает список |
| list.copy() | Поверхностная копия списка |
| list.clear() | Очищает список |
Нужно отметить, что методы списков, в отличие от строковых методов, изменяют сам список, а потому результат выполнения не нужно записывать в эту переменную.
И, напоследок, примеры работы со списками:
Изредка, для увеличения производительности, списки заменяют гораздо менее гибкими массивами (хотя в таких случаях обычно используют сторонние библиотеки, например NumPy).
Большинство программ работает не с отдельными переменными, а с набором переменных. Например, программа может обрабатывать информацию об учащихся класса, считывая список учащихся с клавиатуры или из файла, при этом изменение количества учащихся в классе не должно требовать модификации исходного кода программы.
Раньше мы сталкивались с задачей обработки элементов последовательности, например, вычисляя наибольший элемент последовательности. Но при этом мы не сохраняли всю последовательность в памяти компьютера. Однако, во многих задачах нужно именно сохранять всю последовательность, например, если бы нам требовалось вывести все элементы последовательности в возрастающем порядке (“отсортировать последовательность”).
Для хранения таких данных можно использовать структуру данных, называемую в Питоне список (в большинстве же языков программирования используется другой термин “массив”). Список представляет собой последовательность элементов, пронумерованных от 0, как символы в строке. Список можно задать перечислением элементов списка в квадратных скобках, например, список можно задать так:
В списке Primes — 6 элементов, а именно: Primes[0] == 2 , Primes[1] == 3 , Primes[2] == 5 , Primes[3] == 7 , Primes[4] == 11 , Primes[5] == 13 . Список Rainbow состоит из 7 элементов, каждый из которых является строкой.
Длину списка, то есть количество элементов в нем, можно узнать при помощи функции len , например, len(Primes) == 6 .
В отличие от строк, элементы списка можно изменять, присваивая им новые значения.
Рассмотрим несколько способов создания и считывания списков. Прежде всего, можно создать пустой список (не содержащий элементов, длины 0), а в конец списка можно добавлять элементы при помощи метода append . Например, пусть программа получает на вход количество элементов в списке n , а потом n элементов списка по одному в отдельной строке. Вот пример входных данных в таком формате:
В этом примере создается пустой список, далее считывается количество элементов в списке, затем по одному считываются элементы списка и добавляются в его конец. То же самое можно записать, сэкономив переменную n :
Для списков целиком определены следующие операции: конкатенация списков (сложение списков, т. е. приписывание к одному списку другого) и повторение списков (умножение списка на число). Например:
В результате список c будет равен [1, 2, 3, 4, 5] , а список d будет равен [4, 5, 4, 5, 4, 5] . Это позволяет по-другому организовать процесс считывания списков: сначала считать размер списка и создать список из нужного числа элементов, затем организовать цикл по переменной i начиная с числа 0 и внутри цикла считывается i -й элемент списка:
Вывести элементы списка a можно одной инструкцией print(a) , при этом будут выведены квадратные скобки вокруг элементов списка и запятые между элементами списка. Такой вывод неудобен, чаще требуется просто вывести все элементы списка в одну строку или по одному элементу в строке. Приведем два примера, также отличающиеся организацией цикла:
Здесь в цикле меняется индекс элемента i , затем выводится элемент списка с индексом i .
В этом примере элементы списка выводятся в одну строку, разделенные пробелом, при этом в цикле меняется не индекс элемента списка, а само значение переменной (например, в цикле for elem in [‘red’, ‘green’, ‘blue’] переменная elem будет последовательно принимать значения ‘red’ , ‘green’ , ‘blue’ .
Последовательностями в Питоне являются строки, списки, значения функции range() (это не списки), и ещё кое-какие другие объекты.
Приведем пример, демонстрирующий использование цикла for в ситуации, когда из строки надо выбрать все цифры и сложить их в массив как числа.
2. Методы split и join
Элементы списка могут вводиться по одному в строке, в этом случае строку целиком можно считать функцией input() . После этого можно использовать метод строки split() , возвращающий список строк, которые получатся, если исходную строку разрезать на части по пробелам. Пример:
Если при запуске этой программы ввести строку 1 2 3 , то список a будет равен [‘1’, ‘2’, ‘3’] . Обратите внимание, что список будет состоять из строк, а не из чисел. Если хочется получить список именно из чисел, то можно затем элементы списка по одному преобразовать в числа:
Используя специальную магию Питона — генераторы — то же самое можно сделать в одну строку:
Объяснение того, как работает этот код, будет дано в следующем разделе. Если нужно считать список действительных чисел, то нужно заменить тип int на тип float .
У метода split() есть необязательный параметр, который определяет, какая строка будет использоваться в качестве разделителя между элементами списка. Например, вызов метода split(‘.’) вернет список, полученный разрезанием исходной строки по символам ‘.’ :
В Питоне можно вывести список строк при помощи однострочной команды. Для этого используется метод строки join . У этого метода один параметр: список строк. В результате возвращается строка, полученная соединением элементов переданного списка в одну строку, при этом между элементами списка вставляется разделитель, равный той строке, к которой применяется метод. Мы знаем, что вы не поняли предыдущее предложение с первого раза. Поэтому смотрите примеры:
Если же список состоит из чисел, то придется использовать еще тёмную магию генераторов. Вывести элементы списка чисел, разделяя их пробелами, можно так:
Впрочем, если вы не любитель тёмной магии, то вы можете достичь того же эффекта, используя цикл for .
3. Генераторы списков
Для создания списка, заполненного одинаковыми элементами, можно использовать оператор повторения списка, например:
Для создания списков, заполненных по более сложным формулам можно использовать генераторы: выражения, позволяющие заполнить список некоторой формулой. Общий вид генератора следующий:
где переменная — идентификатор некоторой переменной, последовательность — последовательность значений, который принимает данная переменная (это может быть список, строка или объект, полученный при помощи функции range ), выражение — некоторое выражение, как правило, зависящее от использованной в генераторе переменной, которым будут заполнены элементы списка.
Вот несколько примеров использования генераторов.
Создать список, состоящий из n нулей можно и при помощи генератора:
Создать список, заполненный квадратами целых чисел можно так:
Если нужно заполнить список квадратами чисел от 1 до n , то можно изменить параметры функции range на range(1, n + 1) :
Вот так можно получить список, заполненный случайными числами от 1 до 9 (используя функцию randrange из модуля random ):
А в этом примере список будет состоять из строк, считанных со стандартного ввода: сначала нужно ввести число элементов списка (это значение будет использовано в качестве аргумента функции range ), потом — заданное количество строк:
4. Срезы
Со списками, так же как и со строками, можно делать срезы. А именно:
A[i:j] срез из j-i элементов A[i] , A[i+1] , . A[j-1] .
A[i:j:-1] срез из i-j элементов A[i] , A[i-1] , . A[j+1] (то есть меняется порядок элементов).
A[i:j:k] срез с шагом k : A[i] , A[i+k] , A[i+2*k] . . Если значение k i или j может отсутствовать, что означает “начало строки” или “конец строки”
Списки, в отличии от строк, являются изменяемыми объектами: можно отдельному элементу списка присвоить новое значение. Но можно менять и целиком срезы. Например:
Получится список, у которого вместо двух элементов среза A[2:4] вставлен новый список уже из трех элементов. Теперь список стал равен [1, 2, 7, 8, 9, 5] .
Получится список [40, 2, 30, 4, 20, 6, 10] . Здесь A[::-2] — это список из элементов A[-1] , A[-3] , A[-5] , A[-7] , которым присваиваются значения 10, 20, 30, 40 соответственно.
Если не непрерывному срезу (то есть срезу с шагом k , отличному от 1), присвоить новое значение, то количество элементов в старом и новом срезе обязательно должно совпадать, в противном случае произойдет ошибка ValueError .
Обратите внимание, A[i] — это элемент списка, а не срез!
Список
Для работы с наборами данных Python предоставляет такие встроенные типы как списки, кортежи и словари.
Список (list) представляет тип данных, который хранит набор или последовательность элементов. Для создания списка в квадратных скобках ([]) через запятую перечисляются все его элементы. Во многих языках программирования есть аналогичная структура данных, которая называется массив. Например, определим список чисел:
Также для создания списка можно использовать конструктор list() :
Оба этих определения списка аналогичны — они создают пустой список.
Конструктор list для создания списока может принимать другой список:
Для обращения к элементам списка надо использовать индексы, которые представляют номер элемента в списка. Индексы начинаются с нуля. То есть второй элемент будет иметь индекс 1. Для обращения к элементам с конца можно использовать отрицательные индексы, начиная с -1. То есть у последнего элемента будет индекс -1, у предпоследнего — -2 и так далее.
Если необходимо создать список, в котором повторяется одно и то же значение несколько раз, то можно использовать символ звездочки *. Например, определим список из шести пятерок:
Кроме того, если нам необходим последовательный список чисел, то для его создания удобно использовать функцию range , которая имеет три формы:
range(end) : создается набор чисел от 0 до числа end
range(start, end) : создается набор чисел от числа start до числа end
range(start, end, step) : создается набор чисел от числа start до числа end с шагом step
Например, следующие два определения списка будут аналогичны, но за счет функции range мы сокращаем объем кода:
Список необязательно должен содержать только однотипные объекты. Мы можем поместить в один и тот же список одновременно строки, числа, объекты других типов данных:
Перебор элементов
Для перебора элементов можно использовать как цикл for, так и цикл while.
Перебор с помощью цикла for:
Здесь вместо функции range мы сразу можем подставить имеющийся список companies.
Перебор с помощью цикла while:
Для перебора с помощью функции len() получаем длину списка. С помощью счетчика i выводит по элементу, пока значение счетчика не станет равно длине списка.
Сравнение списков
Два списка считаются равными, если они содержат один и тот же набор элементов:
В данном случае оба списка будут равны.
Методы и функции по работе со списками
Для управления элементами списки имеют целый ряд методов. Некоторые из них:
append(item) : добавляет элемент item в конец списка
insert(index, item) : добавляет элемент item в список по индексу index
remove(item) : удаляет элемент item. Удаляется только первое вхождение элемента. Если элемент не найден, генерирует исключение ValueError
clear() : удаление всех элементов из списка
index(item) : возвращает индекс элемента item. Если элемент не найден, генерирует исключение ValueError
pop([index]) : удаляет и возвращает элемент по индексу index. Если индекс не передан, то просто удаляет последний элемент.
count(item) : возвращает количество вхождений элемента item в список
sort([key]) : сортирует элементы. По умолчанию сортирует по возрастанию. Но с помощью параметра key мы можем передать функцию сортировки.
reverse() : расставляет все элементы в списке в обратном порядке
Кроме того, Python предоставляет ряд встроенных функций для работы со списками:
len(list) : возвращает длину списка
sorted(list, [key]) : возвращает отсортированный список
min(list) : возвращает наименьший элемент списка
max(list) : возвращает наибольший элемент списка
Добавление и удаление элементов
Для добавления элемента применяются методы append() и insert , а для удаления — методы remove() , pop() и clear() .
Проверка наличия элемента
Если определенный элемент не найден, то методы remove и index генерируют исключение. Чтобы избежать подобной ситуации, перед операцией с элементом можно проверять его наличие с помощью ключевого слова in :
Выражение item in companies возвращает True, если элемент item имеется в списке companies. Поэтому конструкция if item in companies может выполнить последующий блок инструкций в зависимости от наличия элемента в списке.
Подсчет вхождений
Если необходимо узнать, сколько раз в списке присутствует тот или иной элемент, то можно применить метод count() :
Сортировка
Для сортировки по возрастанию применяется метод sort() :
Если необходимо отсортировать данные в обратном порядке, то мы можем после сортировки применить метод reverse() :
При сортировке фактически сравниваются два объекта, и который из них "меньше", ставится перед тем, который "больше". Понятия "больше" и "меньше" довольно условны. И если для чисел все просто — числа расставляются в порядке возрастания, то для строк и других объектов ситуация сложнее. В частности, строки оцениваются по первым символам. Если первые символы равны, оцениваются вторые символы и так далее. При чем цифровой символ считается "меньше", чем алфавитный заглавный символ, а заглавный символ считается меньше, чем строчный. Подробнее про сравнение строк описывалось в статье Операции со строками.
Таким образом, если в списке сочетаются строки с верхним и нижним регистром, то мы можем получить не совсем корректные результаты, так как для нас строка "bob" должна стоять до строки "Tom". И чтобы изменить стандартное поведение сортировки, мы можем передать в метод sort() в качестве параметра функцию:
Кроме метода sort мы можем использовать встроенную функцию sorted , которая имеет две формы:
sorted(list) : сортирует список list
sorted(list, key) : сортирует список list, применяя к элементам функцию key
При использовании этой функции следует учитывать, что эта функция не изменяет сортируемый список, а все отсортированные элементы она помещает в новый список, который возвращается в качестве результата.
Минимальное и максимальное значения
Встроенный функции Python min() и max() позволяют найти минимальное и максимальное значения соответственно:
Копирование списков
При копировании списков следует учитывать, что списки представляют изменяемый (mutable) тип, поэтому если обе переменных будут указывать на один и тот же список, то изменение одной переменной, затронет и другую переменную:
Это так называемое "поверхностное копирование" (shallow copy). И, как правило, такое поведение нежелательное. И чтобы происходило копирование элементов, но при этом переменные указывали на разные списки, необходимо выполнить глубокое копирование (deep copy). Для этого можно использовать метод deepcopy() , который определен во встроенном модуле copy :
Копирование части списка
Если необходимо скопировать не весь список, а только его какую-то определенную часть, то мы можем применять специальный синтаксис. который может принимать следующие формы:
list[:end] : через параметр end передается индекс элемента, до которого нужно копировать список
list[start:end] : параметр start указывает на индекс элемента, начиная с которого надо скопировать элементы
list[start:end:step] : параметр step указывает на шаг, через который будут копироваться элементы из списка. По умолчанию этот параметр равен 1.
Соединение списков
Для объединения списков применяется операция сложения (+):
Списки списков
Списки кроме стандартных данных типа строк, чисел, также могут содержать другие списки. Подобные списки можно ассоциировать с таблицами, где вложенные списки выполняют роль строк. Например:
Чтобы обратиться к элементу вложенного списка, необходимо использовать пару индексов: users[0][1] — обращение ко второму элементу первого вложенного списка.
Добавление, удаление и исменение общего списка, а также вложенных списков аналогично тому, как это делается с обычными (одномерными) списками: