Что такое list

Что такое list в Python?

Списки можно также назвать массивами, так как выполняют они схожую роль. В Python существует множество разновидностей таких «массивов». Cписок имеет следующие характеристики:

его элементы можно переопределять;
в него можно добавлять новые элементы;
из него можно удалять элементы;
в качестве ключей идут индексы (числа — 0, 1, 2. ).

Это не все характеристики списка, тем не менее это ключевые моменты, которые отличают его от других «массивов» в языке Python.

Для списков существует большое количество функций, которые можно применять для добавления, удаления или же поиска элементов.

В списках можно хранить различную информацию. К примеру, вы можете хранить в нем сведения про всех студентов в группе, например:

lis = ["Андрей", "Иван", "Василий", "Петро", "Максим", "Дима"]

Теперь в одном месте у вас собраны все имена студентов в группе. Согласитесь, это намного удобнее, нежели создавать 10 или даже 20 разных переменных.

list (список)

В коде списки могут быть объявлены при помощи квадратных скобок — [] — внутри скобок через запятую перечисляются элементы в нужной последовательности.

 my_empty_list = list() 
my_empty_list = [] 
my_list = [1, 'some', 3.5] 
my_list = list(idx for idx in range(3)) # [0, 1, 2]

Кроме того, можно объявить их при помощи конструктора list().

Замена элементов

Для замены значений используется обращение по индексу с последующим присвоением нового значения.

 my_list = [1, 2, 3] 
my_list[1] = 11 # [1, 11, 3] 
my_list[10] = 22 # IndexError

Удаление элементов

Для удаления из списка одиночных элементов и срезов может использоваться инструкция del:

 my_list = [1, 2, 3, 4, 5] 
del my_list[0] # [2, 3, 4, 5] 
del my_list[:2] # [4, 5] 
del my_list[:] # []

Сравнение

Два списка сравниваются лексикографически: считаются равными, если имеют одинаковую длину и равны их соответствующие элементы:

 a = [3, 2, 1] 
b = [1, 2, 3] 
d = [3, 2, 2] 
e = [3, 2] 
f = [3, 2, 'a'] 
a > b # True 
a > d # False 
d > b # True 
a > e # True 
a > f # False

Порядок элементов

Элементы в списках упорядочены по очередности их добавления.

На заметку

О сложности основных операций для данного типа можно узнать из статьи «Сложность операций со списками».

Детали реализации CPython

Списки реализованы при помощи динамических массивов (а не связных списков в стиле Lisp). В реализации используется непрерывный массив ссылок на объекты, а в начале структуры списка хранится указатель на данный массив и его длина. Такой подход позволяет обращаться к элементам за постоянное время — O(1) — вне зависимости от длины списка.

При добавлении или вставке новых элементов массив ссылок меняет размер. Специальное для случаев повторых добавлений элементов в список массив наращивается таким образом, чтобы уменьшить вероятность необходимости изменения размера в последующем (наперёд резервируется дополнительное место). То есть, при добавлении элементов в список происходит наращивание слотов (места под текущие и будущие элементы) в массиве. Размер наращивания зависит от текущего количества элементов, прогрессия: 0, 4, 8, 16, 25, 35, 46, 58, 72, 88 и т.д (при добавления первого элемента, выделится 3 дополнительных слота, при добавлении 17-го — 8 слотов).

На заметку

При удалении списка (например, с помощью del, или сборщика мусора), его опустошенный объект кешируется и используется в последующем для создания нового списка. См. пример ниже.

 list_0 = [1, 2, 3] 
print('list_0 %s' % id(list_0)) # list_0 139904656455656 
del list_0 
# Далее предполагается, что сборка мусора уже прошла. 
# Проще всего наблюдать за работой из интерактивного сеанса 
# интерпретатора.
 
list_1 = [] 
print('list_1 %s' % id(list_1)) # list_1 139904656455656 
del list_1
 
list_2 = [4, 5] 
print('list_2 %s' % id(list_2)) # list_2 139904656455656 
list_2.extend([6, 7])
 
list_3 = [] 
print('list_3 %s' % id(list_3)) # list_3 139904656456952 
del list_3
 
list_4 = [] 
print('list_4 %s' % id(list_4)) # list_4 139904656456952

Списки, кортежи и словари

Для работы с наборами данных Python предоставляет такие встроенные типы как списки, кортежи и словари.

Список (list) представляет тип данных, который хранит набор или последовательность элементов. Во многих языках программирования есть аналогичная структура данных, которая называется массив.

Создание списка

Для создания списка применяются квадратные скобки [] , внутри которых через запятую перечисляются элементы списка. Например, определим список чисел:

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

Подобным образом можно определять списки с данными других типов, например, определим список строк:

people = ["Tom", "Sam", "Bob"]

Также для создания списка можно использовать функцию-конструктор list() :

numbers1 = [] numbers2 = list()

Оба этих определения списка аналогичны — они создают пустой список.

Список необязательно должен содержать только однотипные объекты. Мы можем поместить в один и тот же список одновременно строки, числа, объекты других типов данных:

objects = [1, 2.6, "Hello", True]

Для проверки элементов списка можно использовать стандартную функцию print, которая выводит содержимое списка в удобочитаемом виде:

numbers = [1, 2, 3, 4, 5] people = ["Tom", "Sam", "Bob"] print(numbers) # [1, 2, 3, 4, 5] print(people) # ["Tom", "Sam", "Bob"]

Конструктор list может принимать набор значений, на основе которых создается список:

numbers1 = [1, 2, 3, 4, 5] numbers2 = list(numbers1) print(numbers2) # [1, 2, 3, 4, 5] letters = list("Hello") print(letters) # ['H', 'e', 'l', 'l', 'o']

Если необходимо создать список, в котором повторяется одно и то же значение несколько раз, то можно использовать символ звездочки *, то есть фактически применить операцию умножения к уже существующему списку:

numbers = [5] * 6 # 6 раз повторяем 5 print(numbers) # [5, 5, 5, 5, 5, 5] people = ["Tom"] * 3 # 3 раза повторяем "Tom" print(people) # ["Tom", "Tom", "Tom"] students = ["Bob", "Sam"] * 2 # 2 раза повторяем "Bob", "Sam" print(students) # ["Bob", "Sam", "Bob", "Sam"]

Обращение к элементам списка

Для обращения к элементам списка надо использовать индексы, которые представляют номер элемента в списка. Индексы начинаются с нуля. То есть первый элемент будет иметь индекс 0, второй элемент — индекс 1 и так далее. Для обращения к элементам с конца можно использовать отрицательные индексы, начиная с -1. То есть у последнего элемента будет индекс -1, у предпоследнего — -2 и так далее.

people = ["Tom", "Sam", "Bob"] # получение элементов с начала списка print(people[0]) # Tom print(people[1]) # Sam print(people[2]) # Bob # получение элементов с конца списка print(people[-2]) # Sam print(people[-1]) # Bob print(people[-3]) # Tom

Для изменения элемента списка достаточно присвоить ему новое значение:

people = ["Tom", "Sam", "Bob"] people[1] = "Mike" # изменение второго элемента print(people[1]) # Mike print(people) # ["Tom", "Mike", "Bob"]

Разложение списка

Python позволяет разложить список на отдельные элементы:

people = ["Tom", "Bob", "Sam"] tom, bob, sam = people print(tom) # Tom print(bob) # Bob print(sam) # Sam

В данном случае переменным tom, bob и sam последовательно присваиваются элементы из списка people. Однако следует учитывать, что количество переменных должно быть равно числу элементов присваиваемого списка.

Перебор элементов

Для перебора элементов можно использовать как цикл for, так и цикл while.

Перебор с помощью цикла for :

people = ["Tom", "Sam", "Bob"] for person in people: print(person)

Здесь будет производиться перебор списка people, и каждый его элемент будет помещаться в переменную person.

Перебор также можно сделать с помощью цикла while :

people = ["Tom", "Sam", "Bob"] i = 0 while i < len(people): print(people[i]) # применяем индекс для получения элемента i += 1

Для перебора с помощью функции len() получаем длину списка. С помощью счетчика i выводит по элементу, пока значение счетчика не станет равно длине списка.

Сравнение списков

Два списка считаются равными, если они содержат один и тот же набор элементов:

numbers1 = [1, 2, 3, 4, 5] numbers2 = list([1, 2, 3, 4, 5]) if numbers1 == numbers2: print("numbers1 equal to numbers2") else: print("numbers1 is not equal to numbers2")

В данном случае оба списка будут равны.

Получение части списка

Если необходимо получить какую-то определенную часть списка, то мы можем применять специальный синтаксис, который может принимать следующие формы:

list[:end] : через параметр end передается индекс элемента, до которого нужно копировать список
list[start:end] : параметр start указывает на индекс элемента, начиная с которого надо скопировать элементы
list[start:end:step] : параметр step указывает на шаг, через который будут копироваться элементы из списка. По умолчанию этот параметр равен 1.

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam", "Tim", "Bill"] slice_people1 = people[:3] # с 0 по 3 print(slice_people1) # ["Tom", "Bob", "Alice"] slice_people2 = people[1:3] # с 1 по 3 print(slice_people2) # ["Bob", "Alice"] slice_people3 = people[1:6:2] # с 1 по 6 с шагом 2 print(slice_people3) # ["Bob", "Sam", "Bill"]

Можно использовать отрицательные индексы, тогда отсчет будет идти с конца, например, -1 - предпоследний, -2 - третий сконца и так далее.

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam", "Tim", "Bill"] slice_people1 = people[:-1] # с предпоследнего по нулевой print(slice_people1) # ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam", "Tim", "Bill"] slice_people2 = people[-3:-1] # с третьего с конца по предпоследний print(slice_people2) # [ "Sam", "Tim"]

Методы и функции по работе со списками

Для управления элементами списки имеют целый ряд методов. Некоторые из них:

append(item) : добавляет элемент item в конец списка
insert(index, item) : добавляет элемент item в список по индексу index
extend(items) : добавляет набор элементов items в конец списка
remove(item) : удаляет элемент item. Удаляется только первое вхождение элемента. Если элемент не найден, генерирует исключение ValueError
clear() : удаление всех элементов из списка
index(item) : возвращает индекс элемента item. Если элемент не найден, генерирует исключение ValueError
pop([index]) : удаляет и возвращает элемент по индексу index. Если индекс не передан, то просто удаляет последний элемент.
count(item) : возвращает количество вхождений элемента item в список
sort([key]) : сортирует элементы. По умолчанию сортирует по возрастанию. Но с помощью параметра key мы можем передать функцию сортировки.
reverse() : расставляет все элементы в списке в обратном порядке
copy() : копирует список

Кроме того, Python предоставляет ряд встроенных функций для работы со списками:

len(list) : возвращает длину списка
sorted(list, [key]) : возвращает отсортированный список
min(list) : возвращает наименьший элемент списка
max(list) : возвращает наибольший элемент списка

Добавление и удаление элементов

Для добавления элемента применяются методы append() , extend и insert , а для удаления - методы remove() , pop() и clear() .

people = ["Tom", "Bob"] # добавляем в конец списка people.append("Alice") # ["Tom", "Bob", "Alice"] # добавляем на вторую позицию people.insert(1, "Bill") # ["Tom", "Bill", "Bob", "Alice"] # добавляем набор элементов ["Mike", "Sam"] people.extend(["Mike", "Sam"]) # ["Tom", "Bill", "Bob", "Alice", "Mike", "Sam"] # получаем индекс элемента index_of_tom = people.index("Tom") # удаляем по этому индексу removed_item = people.pop(index_of_tom) # ["Bill", "Bob", "Alice", "Mike", "Sam"] # удаляем последний элемент last_item = people.pop() # ["Bill", "Bob", "Alice", "Mike"] # удаляем элемент "Alice" people.remove("Alice") # ["Bill", "Bob", "Mike"] print(people) # ["Bill", "Bob", "Mike"] # удаляем все элементы people.clear() print(people) # []

Проверка наличия элемента

Если определенный элемент не найден, то методы remove и index генерируют исключение. Чтобы избежать подобной ситуации, перед операцией с элементом можно проверять его наличие с помощью ключевого слова in :

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam"] if "Alice" in people: people.remove("Alice") print(people) # ["Tom", "Bob", "Sam"]

Выражение if "Alice" in people возвращает True, если элемент "Alice" имеется в списке people. Поэтому конструкция if "Alice" in people может выполнить последующий блок инструкций в зависимости от наличия элемента в списке.

Удаление с помощью del

Python также поддерживает еще один способ удаления элементов списка - с помощью оператора del . В качестве параметра этому оператору передается удаляемый элемент или набор элементов:

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam", "Bill", "Kate", "Mike"] del people[1] # удаляем второй элемент print(people) # ["Tom", "Alice", "Sam", "Bill", "Kate", "Mike"] del people[:3] # удаляем по четвертый элемент не включая print(people) # ["Bill", "Kate", "Mike"] del people[1:] # удаляем со второго элемента print(people) # ["Bill"]

Изменение подсписка

Для изменения подсписка - набора элементов в списке можно использовать вышерассмотренный синтаксис [start:end] :

nums = [10, 20, 30, 40, 50] nums[1:4]=[11, 22] print(nums) # [10, 11, 22, 50]

Здесь выражение nums[1:4] фактически обращается к подсписку [20, 30, 40] . Присвоение этому подсписку списка [11, 22] позволяет заменить элемента с 1 по 4 индекс не включая на элементы [11, 22] . И после изменения получим список [10, 11, 22, 50]

Подсчет вхождений

Если необходимо узнать, сколько раз в списке присутствует тот или иной элемент, то можно применить метод count() :

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Tom", "Bill", "Tom"] people_count = people.count("Tom") print(people_count) # 3

Сортировка

Для сортировки по возрастанию применяется метод sort() :

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam", "Bill"] people.sort() print(people) # ["Alice", "Bill", "Bob", "Sam", "Tom"]

Если необходимо отсортировать данные в обратном порядке, то мы можем после сортировки применить метод reverse() :

people = ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam", "Bill"] people.sort() people.reverse() print(people) # ["Tom", "Sam", "Bob", "Bill", "Alice"]

При сортировке фактически сравниваются два объекта, и который из них "меньше", ставится перед тем, который "больше". Понятия "больше" и "меньше" довольно условны. И если для чисел все просто - числа расставляются в порядке возрастания, то для строк и других объектов ситуация сложнее. В частности, строки оцениваются по первым символам. Если первые символы равны, оцениваются вторые символы и так далее. При чем цифровой символ считается "меньше", чем алфавитный заглавный символ, а заглавный символ считается меньше, чем строчный.

Таким образом, если в списке сочетаются строки с верхним и нижним регистром, то мы можем получить не совсем корректные результаты, так как для нас строка "bob" должна стоять до строки "Tom". И чтобы изменить стандартное поведение сортировки, мы можем передать в метод sort() в качестве параметра функцию:

people = ["Tom", "bob", "alice", "Sam", "Bill"] people.sort() # стандартная сортировка print(people) # ["Bill", "Sam", "Tom", "alice", "bob"] people.sort(key=str.lower) # сортировка без учета регистра print(people) # ["alice", "Bill", "bob", "Sam", "Tom"]

Кроме метода sort мы можем использовать встроенную функцию sorted , которая имеет две формы:

sorted(list) : сортирует список list
sorted(list, key) : сортирует список list, применяя к элементам функцию key

people = ["Tom", "bob", "alice", "Sam", "Bill"] sorted_people = sorted(people, key=str.lower) print(sorted_people) # ["alice", "Bill", "bob", "Sam", "Tom"]

При использовании этой функции следует учитывать, что эта функция не изменяет сортируемый список, а все отсортированные элементы она помещает в новый список, который возвращается в качестве результата.

Минимальное и максимальное значения

Встроенный функции Python min() и max() позволяют найти минимальное и максимальное значения соответственно:

numbers = [9, 21, 12, 1, 3, 15, 18] print(min(numbers)) # 1 print(max(numbers)) # 21

Копирование списков

При копировании списков следует учитывать, что списки представляют изменяемый (mutable) тип, поэтому если обе переменных будут указывать на один и тот же список, то изменение одной переменной, затронет и другую переменную:

people1 = ["Tom", "Bob", "Alice"] people2 = people1 people2.append("Sam") # добавляем элемент во второй список # people1 и people2 указывают на один и тот же список print(people1) # ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam"] print(people2) # ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam"]

Это так называемое "поверхностное копирование" (shallow copy). И, как правило, такое поведение нежелательное. И чтобы происходило копирование элементов, но при этом переменные указывали на разные списки, необходимо выполнить глубокое копирование (deep copy). Для этого можно использовать метод copy() :

people1 = ["Tom", "Bob", "Alice"] people2 = people1.copy() # копируем элементы из people1 в people2 people2.append("Sam") # добавляем элемент ТОЛЬКО во второй список # people1 и people2 указывают на разные списки print(people1) # ["Tom", "Bob", "Alice"] print(people2) # ["Tom", "Bob", "Alice", "Sam"]

Соединение списков

Для объединения списков применяется операция сложения (+):

people1 = ["Tom", "Bob", "Alice"] people2 = ["Tom", "Sam", "Tim", "Bill"] people3 = people1 + people2 print(people3) # ["Tom", "Bob", "Alice", "Tom", "Sam", "Tim", "Bill"]

Списки списков

Списки кроме стандартных данных типа строк, чисел, также могут содержать другие списки. Подобные списки можно ассоциировать с таблицами, где вложенные списки выполняют роль строк. Например:

people = [ ["Tom", 29], ["Alice", 33], ["Bob", 27] ] print(people[0]) # ["Tom", 29] print(people[0][0]) # Tom print(people[0][1]) # 29

Чтобы обратиться к элементу вложенного списка, необходимо использовать пару индексов: people[0][1] - обращение ко второму элементу первого вложенного списка.

Добавление, удаление и изменение общего списка, а также вложенных списков аналогично тому, как это делается с обычными (одномерными) списками:

people = [ ["Tom", 29], ["Alice", 33], ["Bob", 27] ] # создание вложенного списка person = list() person.append("Bill") person.append(41) # добавление вложенного списка people.append(person) print(people[-1]) # ["Bill", 41] # добавление во вложенный список people[-1].append("+79876543210") print(people[-1]) # ["Bill", 41, "+79876543210"] # удаление последнего элемента из вложенного списка people[-1].pop() print(people[-1]) # ["Bill", 41] # удаление всего последнего вложенного списка people.pop(-1) # изменение первого элемента people[0] = ["Sam", 18] print(people) # [ ["Sam", 18], ["Alice", 33], ["Bob", 27]]

Перебор вложенных списков:

people = [ ["Tom", 29], ["Alice", 33], ["Bob", 27] ] for person in people: for item in person: print(item, end=" | ")

Tom | 29 | Alice | 33 | Bob | 27 |