Послідовності та списки

Навіщо потрібні колекції

Одна змінна з оцінкою зручна, доки студент має лише одну оцінку. Для десяти оцінок не варто заводити десять окремих імен: програмі потрібно перебирати їх, шукати найменшу та обчислювати середнє. Колекція (collection) зберігає групу об’єктів і визначає спосіб доступу до них. Вибір залежить від операцій, потрібних програмі.

Список (list) – змінювана послідовність. Кортеж (tuple) – незмінювана послідовність. Множина (set) зберігає унікальні хешовані елементи. Словник (dictionary) встановлює відповідність між унікальними ключами та значеннями. Огляд із прикладами: https://docs.python.org/3.14/tutorial/datastructures.html.

scores: list[int] = [82, 95, 82]
point: tuple[int, int] = (3, 4)
tags: set[str] = {"python", "oop", "python"}
prices: dict[str, int] = {"pen": 20, "book": 150}
print(scores, point)
print(sorted(tags), prices["pen"])

Результат: [82, 95, 82] (3, 4) та ['oop', 'python'] 20. Список залишив повтори; множина прибрала повторений тег. Для відтворюваного виведення множину відсортовано. Словник відповів на запит за змістовним ключем, а не за позицією.

Порядок (order) означає, чи має структура визначений порядок перебору. Список і кортеж зберігають позиції; словник зберігає порядок вставлення ключів. Множина не обіцяє порядку елементів і не підтримує індексування. Порядок вставлення не означає сортування за ключами.

Змінюваність (mutability) стосується самого об’єкта. Для списку дозволені додавання і заміна елементів. Для кортежу замінити елемент не можна, хоча об’єкт усередині кортежу може бути змінюваним. Анотація list[int] повідомляє читачеві й аналізатору про намір зберігати цілі числа; інтерпретатор не перевіряє її при кожному додаванні. Перевірки введення залишаються в програмі.

Список містить посилання

Список зберігає посилання на об’єкти (рис. 5.1). Тому один список технічно може містити число, рядок та інший список. У прикладній програмі однорідний list[int] зручніший: кожний елемент можна обробляти однаковим способом. Присвоєння не створює копій об’єктів.

Рис. 5.1. Позиції списку та об’єкти, на які вони посилаються

Два елементи можуть посилатися на один змінюваний об’єкт. Це пояснює неочікувані зміни вкладених списків. Перед вибором copy() треба з’ясувати, чи потрібен тільки новий зовнішній контейнер, чи також незалежні вкладені об’єкти.

Послідовності: індекси та зрізи

Послідовність (sequence) підтримує звертання за індексом. Перший індекс дорівнює нулю. Для списку довжини n останній додатний індекс – n - 1, від’ємний -1 позначає останній елемент. Від’ємні індекси не утворюють циклічного доступу: надто малий індекс так само спричиняє IndexError.

values = [10, 20, 30, 40, 50]
print(values[0], values[-1], len(values))
print(values[1:4], values[-3:], values[::2])
print(values[::-1], values[9:20])

10 50 5
[20, 30, 40] [30, 40, 50] [10, 30, 50]
[50, 40, 30, 20, 10] []

Зріз (slice) a[start:stop:step] вибирає позиції від start до stop, не включаючи stop, із кроком step. Пропущені межі залежать від напряму обходу: a[::-1] іде від кінця до початку. Нульовий крок заборонений. Межі зрізу, які виходять за довжину, обрізаються; на відміну від одиночного індексу, це не помилка. У прикладі рис. 5.2 ті самі правила застосовано до рядка.

Рис. 5.2. Зрізи з невключною правою межею та різним кроком

Операція x in values перевіряє наявність значення, + з’єднує послідовності сумісного типу, * повторює їх елементи. Функції sum, min, max працюють із придатними для них значеннями. Сума порожнього числового списку дорівнює 0, але min([]) та max([]) без запасного значення спричиняють ValueError. Для порожньої вибірки можна написати min(values, default=None). Перед обчисленням середнього обов’язково перевіряють довжину.

Порівняння списків і кортежів лексикографічне: спочатку порівнюють першу пару різних елементів. (2, 9) < (3, 0) є істинним. Елементи мають підтримувати потрібне порівняння: суміш чисел і рядків не стає придатною для сортування автоматично. Правила послідовностей: https://docs.python.org/3.14/library/stdtypes.html#sequence-types-list-tuple-range.

Змінювання списків і впорядкування

append(x) додає один об’єкт; extend(iterable) додає кожний елемент джерела. append([3, 4]) додає один вкладений список, а extend([3, 4]) – два числа. insert(i, x) вставляє об’єкт перед позицією i. Вставлення на початок довгого списку потребує зсуву решти посилань і не підходить для інтенсивної роботи черги.

values = [1, 2]
values.append(3)
values.extend([4, 5])
values.insert(0, 0)
last = values.pop()
values.remove(2)
values[1:3] = [10, 20, 30]
del values[-1]
print(values, last)
print(values.index(20), values.count(10))

Результат: [0, 10, 20, 30] 5 та 2 1. pop() вилучає і повертає останній елемент, а pop(i) – елемент за індексом. remove(x) вилучає перший елемент, рівний x; відсутність значення спричиняє ValueError. index(x) також повідомляє ValueError, якщо збігу немає. count(x) повертає кількість збігів, зокрема нуль.

Присвоєння звичайному зрізу може змінити довжину списку. Для розширеного зрізу з кроком, відмінним від 1, кількість нових елементів повинна дорівнювати кількості вибраних позицій. del видаляє елемент або зріз, а clear() очищає список. Видалення не знищує об’єкт, якщо на нього залишилися інші посилання.

sort і sorted

values.sort() змінює наявний список і повертає None. sorted(values) повертає новий список, залишаючи джерело незмінним. reverse() змінює порядок елементів на протилежний, але не сортує за значенням. Аргумент reverse=True у сортуванні обирає спадання.

words = ["pear", "fig", "apple", "plum"]
ordered = sorted(words, key=len)
print(ordered)
result = words.sort(reverse=True)
print(words, result)

['fig', 'pear', 'plum', 'apple']
['plum', 'pear', 'fig', 'apple'] None

Функція key обчислює значення для порівняння. Сортування стабільне (stable): рівні ключі зберігають початковий взаємний порядок. Тому pear залишилося перед plum. Для кількох критеріїв функція повертає кортеж: спочатку порівнюється його перше поле, за рівності – друге. У рейтингу зі спаданням бала і зростанням імені зручно використати ключ (-score, name). Загальний reverse=True змінив би напрям обох критеріїв, що часто не відповідає умові.