Для чего нужны списки
Списки и словари в Python. Разница и смысл
Доброго времени суток, питонисты!
Сейчас постараюсь подробно разобрать списки и словари в Python, объясню смысл их использования, и разберём их различия, а в конце подведём итог.
Списки
Что такое список?
Список это вид переменной у которой сразу несколько значений. Значения могут быть разных типов, например в одном списке может быть как и int(целое число) так и float(число с плавающей точкой) и до кучи к ним ещё и string(строка, буквы). Все данные в списке упорядоченные индексацией.
Как сделать список?
Список в коде создаётся таким путём:
my_list = [данные, через, запятую]
Числа в список забивать нужно без кавычек, а строки с одинарными либо двойными, разницы нет. Но если у вас в строке есть двойные кавычки, то обозначать строку нужно одинарными кавычками, и наоборот. В противном случае, компилятор просто потеряется и выдаст ошибку. Числа с плавающей точкой пишите именно с точкой, хоть за ошибку считаться не будет, но большинство программистов используют именно точку. В списке может быть список, а в нём словарь и так далее…
Как работать с определённым элементом в списке?
Допустим мы хотим вывести на экран определённый элемент из списка. Возьмём 3-й. А запишем в коде мы это так:
В прочем работа с определённым элементом из списка идентична работе с переменной, поэтому мы её разбирать не будем.
Как работать с самим списком?
Существует множество функций по работе со списками. Их вы можете найти по ссылке: тык. Сейчас мы разберём поисковые методы.
Таблица поисковых методов
my_list.append(x)
Добавляет элемент в конец списка
list.extend(L)
Расширяет список my_list, добавляя в конец все элементы списка L
my_list.insert(i, x)
Вставляет на i-ый элемент значение x
my_list.remove(x)
Удаляет первый элемент в списке, имеющий значение x. ValueError, если такого элемента не существует
my_list.index(x, [start [, end]])
Возвращает положение первого элемента со значением x (при этом поиск ведется от start до end)
my_list.count(x)
Возвращает количество элементов со значением x
my_list.sort(Для чего нужны списки)
Сортирует список на основе функции
my_list.reverse()
my_list.copy()
Поверхностная копия списка
my_list.clear()
Сохранение результата выполнения поискового метода в переменную выполняется следующим образом:
Если мы сортируем список и сохраняем новый список в переменную то
будет ошибкой. Правильнее будет сначала выполнить сортировку, а уже сортированный список сохранить в переменную
Словари
Что такое словарь?
Как создать словарь?
Словари в Python объявляются таким путём:
Как работать с определённым элементом словаря?
Вывести определённый элемент из словаря на экран можно вот так:
Сейчас мы вывели значение элемента в словаре с ключем ‘key1’.
Как работать с самим словарем?
Таблица методов для работы со словарями
my_dict.clear()
my_dict.copy()
Возращает копию словаря
my_dict.get(key[, default])
Возвращает значение ключа, но если его нет, не бросает исключение, а возвращает default (по умолчанию None)
my_dict.items()
Возвращает пары (ключ, значение)
my_dict.keys()
my_dict.pop(key[, default])
Удаляет ключ и возвращает значение. Если ключа нет, возвращает default (по умолчанию бросает исключение).
my_dict.popitem()
Удаляет пару (ключ, значение). Если словарь пуст, бросает исключение KeyError. Помните, что словари неупорядочены
my_dict.values()
Возвращает значения из словаря
Подведём итоги
Почему составлять списки дел полезно, даже если вы их не выполняете
Существует как минимум три причины, почему полезно составлять список дел, независимо от того, реализуете вы его в итоге или нет, пишет Fast Company.
Во-первых, это упрощает процесс запоминания. Составление списка задач схоже с записью заметок, которые вы делаете, когда читаете книгу или слушаете лекцию. Получая информацию, вы обрабатываете ее и затем записываете. Множество исследований говорят о том, что такие заметки помогают человеку лучше понимать сущность информации и запоминать ее, чем если бы он просто ее прослушал. Вот почему вы так легко можете запомнить, что записано в вашем to-do list, даже если вы в него не заглядываете.
Во-вторых, планирование превращает абстрактные цели в конкретную работу. Большинство людей ставят перед собой широкие, абстрактные цели, которых они надеются достичь за какой-то период времени. Проблема заключается в том, что достичь таких целей сложно, не переложив их в список конкретных действий, выполняемых ежедневно, еженедельно и ежемесячно.
В-третьих, список задач помогает выявить в вашем рабочем календаре «сорняки», которые вы не замечали раньше. Как только вы записали какие-то задачи, вам придется найти время для их выполнения, возможно, за счет чего-то менее важного. Пишите списки дел на несколько недель вперед, когда ваш рабочий календарь еще не полностью заполнен. Добавьте в него задачи, которые помогут реализовать долгосрочные цели.
Подробнее о пользе списков дел можно прочитать здесь.
Интересная статья? Подпишитесь на наш канал в Telegram, чтобы получать больше познавательного контента и свежих идей.
Списки дел: зачем мы их составляем?
«Вернуть флешку!», «Записаться на УЗИ», «План на неделю»… Дела серьезные или не очень мы регулярно записываем в ежедневниках и на листочках, куда уже через пару дней забываем заглядывать. Что нас заставляет этим заниматься? Действительно ли списки делают нас более продуктивными?
Этот ритуал 43-летняя Наталья никогда не пропускает. Каждым воскресным вечером, после ужина, она берет лист формата А4 и аккуратно разрезает его на шесть частей — на пять рабочих дней каждый, а один — для домашних дел, на субботу. В верхнем углу каждого листа она проставляет дату, и под ней — задачи, которые необходимо выполнить.
«Пока я не запишу все это, мне будет сложно сконцентрироваться, — признается Наталья. — Я чувствую себя потерянной, если не ставлю перед собой конкретные цели». Наталья носит свои списки в сумочке и проверяет их раз по десять на дню, чтобы понять, как идут ее дела.
«Фиксация на бумаге помогает сохранить в памяти что-то хрупкое и недолговечное, — говорит психоаналитик Франсуа Легиль. — Мы тратим время, пытаясь вспомнить, что мы должны сейчас сделать и что мы уже сделали. Списки подстраховывают нас, обеспечивая резервное копирование вещей, которые от нас ускользают».
Мы воспринимаем перечисленные в списке дела как домашнее задание. Это помогает нам сосредоточиться
Бессознательному не составляет труда выкинуть из головы то, что нас тяготит. Как Фрейд наглядно продемонстрировал в «Психопатологии обыденной жизни», мы забываем то, что не хотим помнить. Некоторых списки подстраховывают от случайных провалов в памяти и держат в твердых рамках.
Подобно Наталье с ее шестью листками бумаги, мы воспринимаем перечисленные дела как свое домашнее задание. «Мое естественное состояние — расхлябанность и жуткая медлительность, — говорит она. — А списки заставляют меня сосредоточиться».
28-летняя Сабина осознает, что списки сужают ее свободное пространство, хотя и вынуждают быть более собранной. «Я очень безалаберный человек, и это занятие позволяет преодолеть хаос и навести хоть какой-то порядок в жизни», — объясняет девушка.
Но приносят ли списки хоть какую-то радость, или это своеобразная форма наказания? Сабина признается, что вычеркивание очередной выполненной задачи черным маркером определенно доставляет ей удовольствие.
«Каждая зачеркнутая строчка — явное доказательство, что мы исполнили свой долг, — подтверждает Франсуа Легиль. — Это и знак того, что мы способны организовать себя, и обоснование нашего повседневного существования. Мы придерживаемся списка в надежде, что день пойдет по плану, в котором все продумано до мелочей и нет тревожных пробелов. Так мы пытаемся убедить себя, что контролируем свою жизнь».
«Пребывать в состоянии неопределенности невыносимо, — дополняет клинический психолог, психотерапевт Стефани Аюссо. — Поэтому нам так нужно, чтобы общественная жизнь была подчинена регламенту и у каждого были своя роль и свои задачи, которые положено выполнить. У нас не принято вдруг ни с того ни с сего увлечься чем-то, включиться во что-то прямо здесь и сейчас, без расчета на определенный результат».
Просто о списках, словарях и множествах или ТОП 5 структур данных
Привет. Ей! Не говорите “Да блин! Я знаю, чем отличается список от вектора, мне не нужна эта статья”. Прошу, загляните под кат и освежите свои знания. Я надеюсь, однако, что вы сможете почерпнуть из этой статьи намного больше и, некоторые, возможно, наконец-то разберутся, почему существует так много типов данных для коллекций объектов.
Введение
Так уж сложилось, что в программировании коллекции представляет много, нет ОЧЕНЬ МНОГО различных сущностей — списки, массивы, вектора, множества, стеки, очереди, ассоциативные массивы и у большинства из этих структур данных есть еще по несколько подвидов.
Должны же быть причины, чтобы для простого представления какой-либо совокупности объектов существовало настолько много различных вариаций.
Должны же быть отличия между списком и массивом? Между ассоциативным массивом и хеш-таблицей?
Коллекция
Для начала — самое скучное (да, я люблю такое). Что такое коллекция вообще?
Коллекция — структура данных (тип, класс, даже лучше сказать интерфейс), которая создана, чтобы содержать в себе некоторое количество объектов (в зависимости от языка и терминологии они должны быть одного типа или могут быть разных типов).
Различные типы коллекций могут быть статическими или динамическими, т.е. изменять свой размер или оставаться постоянными, могут быть упорядоченными (точнее учитывающими порядок элементов) и неупорядоченными (соответственно не учитывающими).
Над коллекциями предусмотрено несколько стандартных операций (сейчас мы поговорим о мутабельных, т.е. изменяемых коллекциях), таких как: получение размера, добавление элемента, удаление элемента, поиск (есть какой-либо элемент в коллекции или нет), их очень много.
Ладно, свой негласный долг я выполнил, теперь поехали!
1 Вектор (Vector, Array)
А вы чего ждали?
Вектор (он же одномерный массив) — упорядоченный набор элементов с произвольным доступом по числовому индексу. Что для нас важно в этом определении? Да ничего. Шучу, на самом деле нам важно почти каждое слово:
Доступ к элементам производится по числовому индексу (обычно начиная с 0-го индекса, хотя есть и исключения), обычно доступ к элементу коллекции по индексу записывается как myFavoriteCats[i] или blackKitties[5]. Причем для обозначения этого самого числа — индекса используют букву i.
А когда одной буквы не хватает приплетают сюда j и k.
Итак, далее мы понимаем, что доступ произвольный — значит мы можем обращаться к элементам под индексами 0, 42, 2014 и вобщем-то ожидаем, что операция будет сложности O(1), т.е. константной и независимо от того какой из элементов мы запросим он нам со скоростью света тут же вернется.
Далее — вектор — упорядоченная коллекция, что собственно понятно — у нас есть такие понятия как первый, последний элемент, для каждого конкретно взятого элемента мы также можем назвать предыдущий и следующий.
Релизация
Обычно вектор (как низкоуровневая структура) будет представлять из себя дескриптор, содержащий различную информацию, неотделимую от самой структуры (разумнее всего держать там только размер вектора) и указатель на первый элемент.
Такая реализация позволит за константное время получить доступ к произвольному элементу вектора по его индексу, а также позволит выполнять копирование, конкатенацию и другие простые операции на низком уровне.
И действительно, получить доступ к определенному элементу очень просто — прибавляем к указателю на первый элемент индекс (с некоторыми поправками на размер типа данных) и получаем указатель на нужный элемент! Осталось разыменовать и у нас в переменной нужная кошечка!
Ладно, вектор — классная структура, но и у него есть недостатки (а у кого их нет?!), например нельзя просто так взять и добавить в вектор новый элемент! Особенно втиснуть его в середину. Нельзя также сказать, что кошки с номерами 0, 1 и 4 у нас есть, а с номерами 2 и 3 — нет (раньше они были, но оказалось, что это собаки).
Можно представить себе вектор, как книжную полку с отделениями, в каждом из которых помещается ровно одна книга. Чтобы засунуть новый роман Донцовой между 10-ым и 11-ым томом Большой Совецкой Энциклопедии нужно сильно постараться и переложить все тома с 11-го по 65-ый тома (можно схитрить и поставить 11-ый том в конец, но я вам этого не говорил, да и мы в таком случае потеряем упорядоченность).
В моей памяти все именно так
Применение
В нашем случае вектор бы идеально подошел для топ-10 самых милых котят, т.к. добавлять и удалять элементы не нужно (только изменять), пропусков между 1-ым и 5-ым местом быть не должно, да и удобно обращаться по номеру.
Ладно. В любом случае вектор классный, мы просто посмотрим какие есть еще коллекции.
2 Список (List)
Первый том
Ух! Список задач на сегодня, список покупок в магазине. Список гостей на свадьбу… Так. Ближе к делу.
Мы уже знаем, что элементы вектора лежат акуратненько друг за другом, красиво и ровно. Это дает нам как преимущества так и недостатки.
Список в этом плане полностью противоположная вещь — его элементы могут быть разбросаны по памяти как угодно! Из-за этого мы теряем возможность быстро получить элемент по индексу, а также не можем быстро скопировать весь список, но получаем довольно приятную штуку — мы можем вставлять элементы за константное время в любое место! По слухам удаляются элементы из списка тоже за O(1).
Реализация
Хм. А как с формальным определением?
Список — упорядоченный набор элементов, для каждого из которых хранится указатель на следующий (или для двусвязного списка и на следующий и на предыдущий) элементы списка.
Для последнего элемента списка мы храним нулевой указатель (на диаграммах я буду использовать указатель на нулевую кошку (Null Cat), не пугайтесь).
Внимание! В каноничной реализации списка, для того, чтобы получить размер списка, необходимо обойти весь список — дойдя до нулевого указателя (линейное время — сложность O(n)) и хотя в некоторых реализациях размер кешируется в дескрипторе списка (или в первом элементе), не стоит на это полагаться.
Если бы я мог, я бы один элемент списка разместил на северном полюсе, а другой где-нибудь в окресностях Бетельгейзе
Применение
Список бы подошел для (внимание!) списка бездомных котят, отсортированных по возрасту (по возрастанию). Нам как-раз нужно часто добавлять и удалять элементы из списка (вы не подумайте ничего такого — котят забирают), да и чаще понадобятся первые элементы списка — я бы взял себе маленького пушистого котенка, а не 8-ми-летнего манула.
Ладно. Списки это вроде простая структура. Что есть еще?
3 Множество (Set)
Это Сет
Похожее понятие есть в математике, а точнее в теории множеств. Множество отличается и от вектора и от списка, хотя их реализация может быть похожа.
Множество — неупорядоченный набор элементов, без повторов. Ух. И все? Ни тебе произвольного доступа, ничего! Зачем такое нужно?
Как мы знаем в векторе можно быстро получить элемент по индексу, в списке можно быстро добавить или удалить элемент, а что с множеством?
В множестве можно быстро проверить, есть какой-либо элемент внутри, или его нет. Скажем если бы я хотел узнать, находится ли конкретная кошка в моем списке любимых, то и для списка и для вектора мне пришлось бы перебрать (в худжем случае) все элементы!
Реализация
В множестве, т.к. оно неупорядочено можно сортировать элементы при добавлении и в случае чего устроить бинарный поиск. Хм. Вот ведь парадокс, коллекция неупорядоченная, а внутри все будет по-порядку. Тут важно понять, что если вы добавите новый элемент в множество, не факт, что он пойдет в конец.
На самом деле, работая с множеством вообще нельзя полагаться на какой-либо порядок элементов, он может быть любым — именно поэтому множество и неупорядоченная коллекция.
Стоит отметить, что множество может быть реализовано множеством различных способов, например можно использовать хеширование, для еще более быстрого поиска элементов, поэтому подробно реализацию я рассматривать не буду. Скажу лишь, что можно схитрить и использовать наши знания по спискам.
Вообще есть еще упорядоченные множества, множества с повторами (мультимножество), и вероятно должно быть упорядоченное мультимножество.
Теория множеств дается проще, если брать множество котят
Применение
Множество идеально подойдет для списка любимых котят, потому что их множество. Ха! Шучу.
Но оно действительно подойдет, потому-что такую коллекцию не нужно сортировать (упорядоченность не важна) и мы легко сможем проверить, находится ли какой-нибудь конкретный кот в этом множестве (скажем у меня 100 котят и любимых я кормлю креветками).
Ну ладно. Множества тоже хороши, но неужели есть что-то еще?
4 Словарь (Associative Array, Map, Dictionary)
Признайтесь, это лучше, чем просто словарь
Словарь (он же ассоциативный массив) — это тот-же вектор, но с небольшими отличиями. В качестве индекса (который в словаре будет называться ключ) могут выступать не только числа, но и любые другие типы данных (даже другие коллекции!). Также допустимы пропуски, если мы все-таки будем использовать в качестве ключа целое число, например у нас может быть элемент связанный с ключем 5, но при этом отсутствовать элемент связанный с ключем 4.
Что все это значит на практике? Всего-лишь, то, что в квадратных скобках для ображения к элементу по “индексу” мы можем указывать произвольный тип, например allMyCats[“Murka”].
Реализация
Невооруженным видно, что можно просто завести массив (или список) пар (Ключ, Значение) и добавить специальную функцию, которая будет пробегать по этому списку и возвращать определенное значение по связанному с ним ключу.
Мы также не можем сказать какая пара первая, какая последняя и что раньше “Murka” или “Borka”, поэтому словарь считается неупорядоченной структурой.
Опять-же с каждым ключем может быть связано лишь одно значение, поэтому для приведенного примера с именами кошек словарь в чистом виде подходит слабо.
Реализация, как и в случае со множеством, может быть совершенно различной, можно упорядочить пары по ключу и использовать для получения элемента бинарный поиск (в таком случае элементы должны быть упорядочеваемыми). Опять-же можно реализовать словарь с помощью хеширования ключа, что довольно часто используется со строками.
Применение
Самый правдоподобный и грамотный способ — использовать словарь вместе со списком, где ключем словаря будет строка — имя кошки, а значением — список кошек с таким именем. Это позволит быстро найти всех кошек по имени Мурка и выбрать из них ту, которая в данный момент нужна.
Примерно так выглядит в памяти std::map >
И у меня для вас новость — типы коллекций закончились. Ну все. Вообще больше нет. Совсем.
5 Стек (Stack)
Еще один кот и будет Stack Overflow
Ха! Я вас обманул (всмысле пошутил)! Есть еще пара структур данных, которые представляют коллекции.
Итак стек — коллекция с необычным доступом, точнее с необычными правилами относительно того, как могут быть добавлены и удалены элементы.
Все просто — добавляемый элемент, называемый “последним”, первый выбывает из из стека.
Стек очень нужен и полезен в программировании. Например с помощью стека осуществляется вложенный вызов процедур — в стек сохраняются адрес возврата и аргументы вызванной функции.
Реализация
В высокоуровневой реализации ничего особенно интересного нет — указатель на список и элементы добавляются в начало этого списка, и удаляются с него-же.
В низкоуровневой реализации (точнее то, как он реализован в современных архитектурах) есть интересные моменты.
Стек там является небольшим зарезервированным участком памяти и совместно с ним хранится два указателя — на начало стека (где лежит первый доавленный элемент) и конец стека — где лежит последний добавленный.
Если в стек поместить слишком много данных программа завершится со всем знакомой ошибкой — Stack Overflow, это значит, что указатель на конец стека превысил верхний допустимый предел.
Также может случиться обратная ситуация (Stack Underflow), если попытаться забрать из стека больше чем в нем есть, но в высокоуровневых языках она не встречается (понятно почему — нам не дают напрямую работать со стеком).
Если кому интересно как это все работает — изучение ассемблера для какой-нибудь популярной архитектуры, вроде i386, может вам помочь.
Применение
Можно было-бы описать в этом месте стек из бедных котят высотой с гору, но на самом деле в высокоуровневых языках стек редко необходим, часто хватает рекурсии, которая использует стек неявно. Я не стал прикладывать надуманный пример (и не смог придумать нормальный, простите), поэтому переходим к следующему пункту.
Разное
На самом деле есть еще куча коллекций, таких как очередь, двусторонняя очередь (дек), двусвязанный список, кольцевое множество, очереди с приоритетом.
Есть деревья (да их целый лес!) и графы.
Есть вероятностные структуры данных, такие как вероятностное множество и список с пропусками.
Я очень хочу про все это написать, но времени и места на хабре не всегда мало.
Однако есть множество (или вектор) вещей, относящихся к теме, которые я хотел бы упомянуть хоть вскользь, да просит меня любопытный читатель и пойдет читать умную книгу.
Строки
В первую очередь то, как реализованы строки в некоторых языках может показаться странным. Самое простое и эффективное решение это наверное решение C — строка это набор символов, с нулевым символом в конце, что позволяет обходиться без дескриптора.
В C++ std::string уже больше походит на вектор.
Ну а в старом паскале дескриптор (точнее всего-лишь длина) хранится в нулевом элементе массива.
В Haskell String — это список символов ([Char]), из чего вытекает, что получение длины строки имеет сложность O(n). Зато их очень удобно оббегать рекурсивно.
В общем случае, строка — это упорядоченный набор символов и не более. Какой именно тип коллекции будет использован — не важно (ну я бы не советовал использовать множество, ха!).
Очередь (Queue)
Очередь очень похожа на стек и в тоже время является его противоположностью — первым мы получим обратно не тот элемент, что мы добавили последним, а тот, что “стоит в очереди” дольше всех. Очередь очень удобная структура, но несмотря, на то, что принцип ее работы схож со стеком, в эффективной реализации есть небольшое отличие.
Для стека мы могли схитрить и выделить приемлемый по размеру участок памяти, в случае чего его расширяя, потому-что стек то уменьшается, то увеличивается, т.к. элементы и добавляются и удаляются “с одного конца”. Если же мы представим работу очереди, то она будет “ползти в памяти” — начало будет постоянно сдвигаться вверх, поэтому трюк, который применим для стека, будет работать хуже и тут уже намного лучше будет использовать двусвязный список (и не забудьте хранить указатели на первый и последний элементы).
Еще можете попробовать реализвать очередь на двух стеках, но это тоже менее эффективно.
Также есть дек (двусторонняя очередь — deque). В ней можно добавлять элементы как в конец, так и в начало. И забирать их тоже и с конца и с начала.
Заключение
Ух. Я начинаю повторяться
Я совсем не упомянул, про комбинирование различных коллекций, благодаря которым образуются матрицы, таблицы. Также я не затронул деревья, кольцевое множество, почти ничего не написал про очереди, очень мало информации по хешированию (я таки отделался парой слов от этой темы) и другим методам оптимизации.
Однако я думаю статья исполнит свою роль — просто и понятно изложит основы структур данных для читателей разной степени подготовленности. И я буду рад продолжить и осветить множество (или очередь, ха!) других тем в таком-же ключе.
Спасибо тем, кто смог дочитать аж до этих строк (как они это выдержали?).