Теоретический материал по теме "Списки"

Списки

Д.П. Кириенко - Программирование на языке Python (школа 179 г. Москвы)

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:

Primes = [2, 3, 5, 7, 11, 13]
Rainbow = ['Red', 'Orange', 'Yellow', 'Green', 'Blue', 'Indigo', 'Violet']

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.

Также как и символы строки, элементы списка можно индексировать отрицательными числами с конца, например, Primes[-1] == 13, Primes[-6] == 2.

Длину списка, то есть количество элементов в нем, можно узнать при помощи функции len, например, len(A) == 6. Рассмотрим несколько способов создания и считывания списков. Прежде всего можно создать пустой список (не содержащий элементов, длины 0), в конец списка можно добавлять элементы при помощи метода append. Например, если программа получает на вход количество элементов в списке n, а потом n элементов списка по одному в отдельной строке, то организовать считывание списка можно так:

A = []
for i in range(int(input()):
    A.append(int(input())

В этом примере создается пустой список, далее считывается количество элементов в списке, затем по одному считываются элементы списка и добавляются в его конец.

Для списков целиком определены следующие операции: конкатенация списков (добавление одного списка в конец другого) и повторение списков (умножение списка на число). Например:

A = [1, 2, 3]
B = [4, 5]
C = A + B
D = B * 3

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:

A = [0] * int(input())
for i in range(len(A)):
    A[i] = int(input())

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:

for i in range(len(A)):
    print(A[i])

Здесь в цикле меняется индекс элемента i, затем выводится элемент списка с индексом i.

for elem in A:
    print(elem, end = ' ')

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'.

Методы split и join

Д.П. Кириенко - Программирование на языке Python (школа 179 г. Москвы)

Элементы списка могут вводиться по одному в строке, в этом случае строку можно считать функцией input(). После этого можно использовать метод строки split, возвращающий список строк, разрезав исходную строку на части по пробелам. Пример:

A = input().split()

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:

for i in range(len(A)):
    A[i] = int(A[i])

Используя функции языка map и list то же самое можно сделать в одну строку:

A = list(map(int, input().split()))

Объяснений, как работает этот код, пока не будет. 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, метод split('.') вернет список, полученный разрезанием исходной строки по символам '.'. Используя “обратные” методы можно вывести список при помощи однострочной команды. Для этого используется метод строки join. У этого метода один параметр: список строк. В результате получается строка, полученная соединением элементов списка (которые переданы в качестве параметра) в одну строку, при этом между элементами списка вставляется разделитель, равный той строке, к которой применяется метод. Например программа

A = ['red', 'green', 'blue']
print(' '.join(A))
print(''.join(A))
print('***'.join(A))

выведет строки 'red green blue', redgreenblue и red***green***blue. Если же список состоит из чисел, то придется использовать еще и функцию map. То есть вывести элементы списка чисел, разделяя их пробелами, можно так:

print(' '.join(map(str, A)))

Генераторы списков

Д.П. Кириенко - Программирование на языке Python (школа 179 г. Москвы)

Для создания списка, заполненного одинаковыми элементами, можно использовать оператор повторения списка, например:

A = [0] * n

Для создания списков, заполненных по более сложным формулам можно использовать генераторы: выражения, позволяющие заполнить список некоторой формулой. Общий вид генератора следующий:

[ выражение for переменная in список]

где переменная — идентификатор некоторой переменной, список — список значений, который принимает данная переменная (как правило, полученный при помощи функции range), выражение — некоторое выражение, которым будут заполнены элементы списка, как правило, зависящее от использованной в генераторе переменной.

Вот несколько примеров использования генераторов.

Создать список, состоящий из n нулей можно и при помощи генератора:

A = [ 0 for i in range(n)]

Создать список, заполненный квадратами целых чисел можно так:

A = [ i ** 2 for i in range(n)]

Если нужно заполнить список квадратами чисел от 1 до n, то можно изменить параметры функции range на range(1, n + 1):

A = [ i ** 2 for i in range(1, n + 1)]

Вот так можно получить список, заполненный случайными числами от 1 до 9 (используя функцию randint из модуля random):

A = [ randint(1, 9) for i in range(n)]

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:

A = [ input() for i in range(int(input()))]

Срезы

Д.П. Кириенко - Программирование на языке Python (школа 179 г. Москвы)

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<0, то элементы идут в противоположном порядке.

Каждое из чисел 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:

A = [1, 2, 3, 4, 5]
A[2:4] = [7, 8, 9]

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].

A = [1, 2, 3, 4, 5, 6,  7]
A[::-2] = [10, 20, 30, 40]

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!

Операции со списками

Д.П. Кириенко - Программирование на языке Python (школа 179 г. Москвы)

Со списками можно легко делать много разных операций.

Замечания по поводу решения задач со списками

Д.П. Кириенко - Программирование на языке Python (школа 179 г. Москвы)

Большинство задач можно решать без использования срезов, дополнительных списков, методов списков. Можно, наоборот, не использовать циклы, используя срезы и методы.

Для многих задач написано, какое наибольшее число строк может быть в программе. Как правило, ограничения будут или в одну строку, или в три строки.

Если программа решается в одну строку, то необходимо использовать функции внутри функций. Например, вот так можно вычислить сумму всех чисел, введенных в строку, используя стандартную функцию sum:

print(sum(map(int, input().split())))

Обратите внимание, в однострочном решении нельзя сохранять список в переменной - нужно сразу же его обработать и вывести результат.

Решение в две строки строки, как правило, должно иметь следующий вид:

A = input().split()
print(' '.join(...))

При этом зачастую не требуется преобразовывать элементы списка к типу int.

Решение в три строки строки, как правило, должно иметь следующий вид:

A = input().split()
A = ...
print(' '.join(...))