Python source code collection

Python: коллекции, часть 1/4: классификация, общие подходы и методы, конвертация

Коллекция в Python — программный объект (переменная-контейнер), хранящая набор значений одного или различных типов, позволяющий обращаться к этим значениям, а также применять специальные функции и методы, зависящие от типа коллекции.

Частая проблема при изучении коллекций заключается в том, что разобрав каждый тип довольно детально, обычно потом не уделяется достаточного внимания разъяснению картины в целом, не проводятся чёткие сходства и различия между типами, не показывается как одну и туже задачу решать для каждой из коллекций в сравнении.

Вот именно эту проблему я хочу попытаться решить в данном цикле статей – рассмотреть ряд подходов к работе со стандартными коллекциями в Python в сравнении между коллекциями разных типов, а не по отдельности, как это обычно показывается в обучающих материалах. Кроме того, постараюсь затронуть некоторые моменты, вызывающие сложности и ошибки у начинающих.

Для кого: для изучающих Python и уже имеющих начальное представление о коллекциях и работе с ними, желающих систематизировать и углубить свои знания, сложить их в целостную картину.

Будем рассматривать стандартные встроенные коллекционные типы данных в Python: список (list), кортеж (tuple), строку (string), множества (set, frozenset), словарь (dict). Коллекции из модуля collections рассматриваться не будут, хотя многое из статьи должно быть применимым и при работе с ними.

ОГЛАВЛЕНИЕ:

1. Классификация коллекций

Пояснения терминологии:

Индексированность – каждый элемент коллекции имеет свой порядковый номер — индекс. Это позволяет обращаться к элементу по его порядковому индексу, проводить слайсинг («нарезку») — брать часть коллекции выбирая исходя из их индекса. Детально эти вопросы будут рассмотрены в дальнейшем в отдельной статье.

Уникальность – каждый элемент коллекции может встречаться в ней только один раз. Это порождает требование неизменности используемых типов данных для каждого элемента, например, таким элементом не может быть список.

Изменяемость коллекции — позволяет добавлять в коллекцию новых членов или удалять их после создания коллекции.

Примечание для словаря (dict):

• сам словарь изменяем — можно добавлять/удалять новые пары ключ: значение;
• значения элементов словаря — изменяемые и не уникальные;
• а вот ключи — не изменяемые и уникальные, поэтому, например, мы не можем сделать ключом словаря список, но можем кортеж. Из уникальности ключей, так же следует уникальность элементов словаря — пар ключ: значение.

UPD: Важное замечание от sakutylev: Для того, чтобы объект мог быть ключом словаря, он должен быть хешируем. У кортежа, возможен случай, когда его элемент является не хешируемым объектом, и соответственно сам кортеж тогда тоже не является хешируемым и не может выступать ключом словаря.

a = (1, [2, 3], 4) print(type(a)) # b = # TypeError: unhashable type: 'list' 

a = <> print(type(a)) # b = print(type(b)) # c = print(type(c)) #

2 Общие подходы к работе с любой коллекцией

Разобравшись в классификацией, рассмотрим что можно делать с любой стандартной коллекцией независимо от её типа (в примерах список и словарь, но это работает и для всех остальных рассматриваемых стандартных типов коллекций):

# Зададим исходно список и словарь (скопировать перед примерами ниже): my_list = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'] my_dict =

2.1 Печать элементов коллекции с помощью функции print()

print(my_list) # ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'] print(my_dict) # # Не забываем, что порядок элементов в неиндексированных коллекциях не сохраняется. 

2.2 Подсчёт количества членов коллекции с помощью функции len()

print(len(my_list)) # 6 print(len(my_dict)) # 6 - для словаря пара ключ-значение считаются одним элементом. print(len('ab c')) # 4 - для строки элементом является 1 символ 

2.3 Проверка принадлежности элемента данной коллекции c помощью оператора in

x in s — вернет True, если элемент входит в коллекцию s и False — если не входит
Есть и вариант проверки не принадлежности: x not in s, где есть по сути, просто добавляется отрицание перед булевым значением предыдущего выражения.

my_list = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'] print('a' in my_list) # True print('q' in my_list) # False print('a' not in my_list) # False print('q' not in my_list) # True 

Для словаря возможны варианты, понятные из кода ниже:

my_dict = print('a' in my_dict) # True - без указания метода поиск по ключам print('a' in my_dict.keys()) # True - аналогично примеру выше print('a' in my_dict.values()) # False - так как 'а' — ключ, не значение print(1 in my_dict.values()) # True 

Можно ли проверять пары? Можно!

print(('a',1) in my_dict.items()) # True print(('a',2) in my_dict.items()) # False 

Для строки можно искать не только один символ, но и подстроку:

2.4 Обход всех элементов коллекции в цикле for in

В данном случае, в цикле будут последовательно перебираться элементы коллекции, пока не будут перебраны все из них.

for elm in my_list: print(elm) 

Обратите внимание на следующие моменты:

• Порядок обработки элементов для не индексированных коллекций будет не тот, как при их создании
• У прохода в цикле по словарю есть свои особенности:

 for elm in my_dict: # При таком обходе словаря, перебираются только ключи # равносильно for elm in my_dict.keys() print(elm) for elm in my_dict.values(): # При желании можно пройти только по значениям print(elm) 

Но чаще всего нужны пары ключ(key) — значение (value).

for key, value in my_dict.items(): # Проход по .items() возвращает кортеж (ключ, значение), # который присваивается кортежу переменных key, value print(key, value) 

Чтобы этого избежать подобных побочных эффектов, можно, например, итерировать копию коллекции:

for elm in list(my_list): # Теперь можете удалять и добавлять элементы в исходный список my_list, # так как итерация идет по его копии. 

2.5 Функции min(), max(), sum()

• Функции min(), max() — поиск минимального и максимального элемента соответственно — работают не только для числовых, но и для строковых значений.
• sum() — суммирование всех элементов, если они все числовые.

print(min(my_list)) # a print(sum(my_dict.values())) # 21 

3 Общие методы для части коллекций

Ряд методов у коллекционных типов используется в более чем одной коллекции для решения задач одного типа.

Объяснение работы методов и примеры:

.count() — метод подсчета определенных элементов для неуникальных коллекций (строка, список, кортеж), возвращает сколько раз элемент встречается в коллекции.

my_list = [1, 2, 2, 2, 2, 3] print(my_list.count(2)) # 4 экземпляра элемента равного 2 print(my_list.count(5)) # 0 - то есть такого элемента в коллекции нет 

my_list = [1, 2, 2, 2, 2, 3] print(my_list.index(2)) # первый элемент равный 2 находится по индексу 1 (индексация с нуля!) print(my_list.index(5)) # ValueError: 5 is not in list - отсутствующий элемент выдаст ошибку! 

my_set = my_set_2 = my_set.copy() print(my_set_2 == my_set) # True - коллекции равны - содержат одинаковые значения print(my_set_2 is my_set) # False - коллекции не идентичны - это разные объекты с разными id 

my_set = print(my_set) # my_set.clear() print(my_set) # set() 

Особые методы сравнения множеств (set, frozenset)

• set_a.isdisjoint(set_b) — истина, если set_a и set_b не имеют общих элементов.
• set_b.issubset(set_a) — если все элементы множества set_b принадлежат множеству set_a, то множество set_b целиком входит в множество set_a и является его подмножеством (set_b — подмножество)
• set_a.issuperset(set_b) — соответственно, если условие выше справедливо, то set_a — надмножество

set_a = set_b = # порядок элементов не важен! set_c = set_d = print(set_a.isdisjoint(set_c)) # True - нет общих элементов print(set_b.issubset(set_a)) # True - set_b целиком входит в set_a, значит set_b - подмножество print(set_a.issuperset(set_b)) # True - set_b целиком входит в set_a, значит set_a - надмножество 

print(set_a.issuperset(set_d)) # True print(set_a.issubset(set_d)) # True 

4 Конвертация одного типа коллекции в другой

В зависимости от стоящих задач, один тип коллекции можно конвертировать в другой тип коллекции. Для этого, как правило достаточно передать одну коллекцию в функцию создания другой (они есть в таблице выше).

my_tuple = ('a', 'b', 'a') my_list = list(my_tuple) my_set = set(my_tuple) # теряем индексы и дубликаты элементов! my_frozenset = frozenset(my_tuple) # теряем индексы и дубликаты элементов! print(my_list, my_set, my_frozenset) # ['a', 'b', 'a'] frozenset() 

Обратите внимание, что при преобразовании одной коллекции в другую возможна потеря данных:

• При преобразовании в множество теряются дублирующие элементы, так как множество содержит только уникальные элементы! Собственно, проверка на уникальность, обычно и является причиной использовать множество в задачах, где у нас есть в этом потребность.
• При конвертации индексированной коллекции в неиндексированную теряется информация о порядке элементов, а в некоторых случаев она может быть критически важной!
• После конвертации в не изменяемый тип, мы больше не сможем менять элементы коллекции — удалять, изменять, добавлять новые. Это может привести к ошибкам в наших функциях обработки данных, если они были написаны для работы с изменяемыми коллекциями.

Дополнительные детали:

Способом выше не получится создать словарь, так как он состоит из пар ключ: значение.

Это ограничение можно обойти, создав словарь комбинируя ключи со значениями с использованием zip():

my_keys = ('a', 'b', 'c') my_values = [1, 2] # Если количество элементов разное - # будет отработано пока хватает на пары - лишние отброшены my_dict = dict(zip(my_keys, my_values)) print(my_dict) #

my_tuple = ('a', 'b', 'c') my_str = ''.join(my_tuple) print(my_str) # abc 

my_list = [1, [2, 3], 4] my_set = set(my_list) # TypeError: unhashable type: 'list'

Приглашаю к обсуждению:

• Если я где-то допустил неточность или не учёл что-то важное — пишите в комментариях, важные комментарии будут позже добавлены в статью с указанием вашего авторства.
• Если какие-то моменты не понятны и требуется уточнение — пишите ваши вопросы в комментариях — или я или другие читатели дадут ответ, а дельные вопросы с ответами будут позже добавлены в статью.

Источник