Массивы
Массив (англ. array) — структура данных, хранящая набор значений. Каждое значение из набора индексируется, т.е. значения имеют номера (индексы).
Простейший массив имеет следующий интерфейс
- создать(A, N) -> массив A длины N — создание массива A размера N .
- записать(A, i, x) — записывает значение x в i -ый элемент массива A .
- считать(A, i) -> элемент массива A с индексом i — взятие элемента по индексу (чтение).
- удалить(A) — удаление массива А .
Обычно индексами массива являются целые положительные числа, причём в непрерывном диапазоне. Например, 0, 1, 2. N-2, N-1 , где N — размер массива. В таком случае массив упорядочен по индексу и можно говорить, что массив также является последовательностью.
Для массива операции чтения и записи выполняются за O(1) , т.е. время этих операций не зависит от количества элементов в массиве.
Массив в Python
упорядоченная изменяемая последовательность. массив хранит множество элементов, которые образуют последовательность. При этом можно изменять как сами элементы массива, так и сам массив: пополнять массив новыми элементами или удалять их. . объектов произвольных типов элементами массива являются Python-объекты. При этом допускается, чтобы в одном массиве хранились объекты разных типов.
Массивы в Python также называют списками или листами (англ. list). Терминология в других языках программирования, а также в теории алгоритмов может быть другая.
Список Python является гибким в использовании объектом. Как инструмент, программист может использовать списки, например, для создания элементов линейной алгебры: точек, векторов, матриц, тензоров. Или, например, для таблицы с некоторыми данными.
Важно заметить, что , питоновский список, является универсальной структурой данных. В том числе, ей можно пользоваться как массивом (что мы и будем делать)! То есть, у этого объекта есть интерфейс, описанный в предыдущем разделе, причём с теми же асимптотиками, хотя возможности выходят гораздо за пределы простейшего массива.
Создание массива
Литерал массива
Массив можно создать при помощи литералов. Литерал — это код, который используется для создания объекта «вручную» (задания константы). Например, некоторые литералы уже изученных ранее объектов:
В случае массива литералом являются квадратные скобки [] , внутри которых через запятую , перечисляются элементы массива:
>>> [] [] >>> [0, 1, 2, 3, 4] [0, 1, 2, 3, 4] >>> [‘sapere’, ‘aude’] [‘sapere’, ‘aude’] >>> [‘Gravitational acceleration’, 9.80665, ‘m s^-2’] [‘Gravitational acceleration’, 9.80665, ‘m s^-2’] >>> type([0, 1, 2, 3, 4])
Создание массива заданной длины, склеивание массивов
Чтобы создать массив наперёд заданной длины, нужно задать инициализируещее значение и длину. Ниже создаётся массив, содержащий 10 нулей.
>>> A = [0] * 10 >>> A [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] >>> type(A)
С похожим синтаксисом мы сталкивались при работе со строками. Массивы в Python можно «склеивать» с помощью знака сложения:
>>> A = [0] * 3 # [0, 0, 0] >>> B = [1] * 3 # [1, 1, 1] >>> C = [2] * 3 # [2, 2, 2] >>> D = A + B + C >>> D [0, 0, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 2]
На самом деле, умножение массива на целое число M это создание нового массива путём M «склеиваний» исходного массива с самим собой:
>>> [0, 1] * 3 [0, 1, 0, 1, 0, 1] >>> [0, 1] + [0, 1] + [0, 1] [0, 1, 0, 1, 0, 1]
Элементы массива: доступ и изменение
Выше мы убедились, что массив это множество объектов различных типов, теперь убедимся, что это упорядоченная последовательность изменяемых объектов.
Доступ по индексу
Для доступа к элементам массива используется операция взятия элемента по индексу. Для этого рядом с литералом или переменной массива необходимо подписать индекс элемента в квадратных скобках:
>>> ['Gravitational acceleration', 9.80665, 'm s^-2'][0] 'Gravitational acceleration' >>> ['Gravitational acceleration', 9.80665, 'm s^-2'][1] 9.80665 >>> ['Gravitational acceleration', 9.80665, 'm s^-2'][2] 'm s^-2' >>> l = [10, 20, 30] >>> l[0] 10 >>> l[1] 20 >>> l[2] 30
Нумерация элементов массива начинается с нуля.
При запросе элемента по несуществующему индексу, Python вызовет ошибку IndexError:
>>> l [10, 20, 30] >>> l[3] Traceback (most recent call last): File "", line 1, in IndexError: list index out of range
Поэтому всегда нужно быть уверенным, что индексация не выходит за пределы длины массива. Получить её можно с помощью функции len() :
>>> l [10, 20, 30] >>> len(l) 3 >>> l[len(l) - 1] 30
Последняя конструкция встречается нередко, поэтому в Python существует возможность взять элемент по отрицательному индексу:
>>> l [10, 20, 30] >>> l[-1] 30 >>> l[-2] 20 >>> l[-3] 10 >>> l[-4] Traceback (most recent call last): File "", line 1, in IndexError: list index out of range
Таким образом для индекса n ≥ 0, l[-n] эвивалентно l[len(l) — n] .
Изменение элементов
Изменение элементов осуществляется с помощью присваивания:
>>> l = [10, 20, 30] >>> l [10, 20, 30] >>> l[0] = 0 >>> l [0, 20, 30] >>> l[2] = 55 >>> l [0, 20, 55]
Доступ в цикле while
>>> l [0, 20, 55] >>> i = 0 >>> while i len(l): . print(i, l[i]) . i += 1 . 0 0 1 20 2 55 >>>
Доступ в цикле for
Наиболее универсальный способ это использование генератора range:
>>> l [0, 20, 55] >>> for i in range(len(l)): . print(i, l[i]) . 0 0 1 20 2 55
Печать массива
Чтобы распечатать элементы массива в столбец, воспользуйтесь циклом for , как в разделе выше.
Если нужно распечатать массив в строку, то воспользуйтесь функцией print :
>>> A = [0, 1, 2, 3] >>> print(*A) 0 1 2 3
Здесь знак * это операция развёртывания коллекции по аргументам функции. Функция print принимает на вход сколько угодно аргументов и действие выше эквиваленто следующему:
Ремарка о строках
На самом деле, мы уже ранее сталкивались с массивами в предудыщих лабораторных, когда использовали строковый метод str.split :
>>> s = "ab cd ef1 2 301" >>> s.split() ['ab', 'cd', 'ef1', '2', '301']
Т.е. str.split , по умолчанию, разбивает строку по символам пустого пространства (пробел, табуляция) и создаёт массив из получившихся «слов».
Загляните в help(str.split) , чтобы узнать, как изменить такое поведение, и разбивать строку, например, по запятым, что является стандартом для представления таблиц в файлах csv (comma separated values).
Методом, являющимся обратным к операции str.split является str.join . Он «собирает» строку из массива строк:
>>> s 'ab cd ef1 2 301' >>> l = s.split() >>> l ['ab', 'cd', 'ef1', '2', '301'] >>> l[-1] = '430' >>> l ['ab', 'cd', 'ef1', '2', '430'] >>> ','.join(l) 'ab,cd,ef1,2,430' >>> ' -- '.join(l) 'ab -- cd -- ef1 -- 2 -- 430'
Работа с двумерными массивами
Как вам рассказали, в массиве мы можем хранить различные данные. В том числе в ячейке массива можем хранить другой массив. Давайте предположим, что в каждой ячейке массива размера N у нас будет храниться другой массив размера M . Таким образом мы можем построить таблицу или матрицу размера N x M .
Создание двумерного массива (матрицы) размера N x M в питоне:
a = [] for _ in range(n): a.append([0] * m)
Обращение к элементами двумерного массива: