Списки

Большинство программ работает не с отдельными переменными, а с набором переменных. Например, программа может обрабатывать информацию об учащихся класса, считывая список учащихся с клавиатуры, 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”).

Массив — это составной объект, образованный из элементов (компонент) одного и того же типа. Такой тип данных применяется в программировании для обозначения объектов, аналогичных числовым последовательностям в математике, где сразу целая группа чисел или других объектов обозначается одним именем (чаще всего буквой), а для обращения к каждому отдельному числу данной последовательности используются их индексы (номера элементов). В математике это выглядит, например, так: a0, a1, a2, a3, ..., an.

Список в Python представляет собой последовательность элементов, пронумерованных от 0, как символы в строке. Тогда, список, состоящий из n элементов, будет заканчиваться элементом с индексом n-1. 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 в Python 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 = []
N = int(input()
for i in range(N):
    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 приведенных выше операций 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". Для вывода всех элементов списка в одной строке без квадратных скобок и запятых в современных версиях компилятора существует и совсем простой способ:

print(*A)

Методы split и join

Элементы списка могут при вводе находиться и в одной строке, разделенные, например, пробелами. 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()))

Здесь манипулятор map применяет функцию int сразу ко всем элементам полученным после разделения строки, организуя из них список (list). Если нужно считать список действительных чисел, то в данной записи необходимо 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, предварительно преобразовав их в строки так:

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

Ввод. Обобщение

Таким образом, если нам необходимо считать числа из одной строки, то можно использовать такой метод:

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

А если нам надо создать список из n значений (где n задаётся в первой строке), записанных в разных строках, тогда можно воспользоваться таким методом:

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

Генераторы списков

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 включительно (используя функцию randint из модуля random):

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

А для того чтобы использовать этот модуль, в начале вашей программы следует его подключить с помощью команды:

from random import *

В последнем 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()))]