Изучаем Python — Эрик Мэтиз — страница 9 читать онлайн бесплатно

Необходимость хранения наборов чисел возникает в программах по многим причинам. Например, в компьютерной игре могут храниться координаты каждого персонажа на экране, таблицы рекордов и т.д. В программах визуализации данных пользователь почти всегда работает с наборами чисел: температурой, расстоянием, численностью населения, широтой/долготой и другими числовыми данными.

Списки идеально подходят для хранения наборов чисел, а Python предоставляет специальные средства для эффективной работы с числовыми списками. Достаточно один раз понять, как эффективно пользоваться этими средствами, и ваш код будет хорошо работать даже в том случае, если список содержит миллионы элементов.

Функция range()

Функция range() упрощает построение числовых последовательностей. Например, с ее помощью можно легко вывести серию чисел:

numbers.py

for value in range(1,5):

. .print(value)

И хотя на первый взгляд может показаться, что он должен вывести числа от 1 до 5, на самом деле число 5 не выводится:

В этом примере range() выводит только числа от 1 до 4. Перед вами еще одно проявление «смещения на 1», часто встречающегося в языках программирования. При выполнении функции range() Python начинает отсчет от первого переданного значения и прекращает его при достижении второго. Так как на втором значении происходит остановка, конец интервала (5 в данном случае) не встречается в выводе.

Чтобы вывести числа от 1 до 5, используйте вызов range(1,6):

for value in range(1,6):

. .print(value)

На этот раз вывод начинается с 1 и завершается 5:

Если ваша программа при использовании range() выводит не тот результат, на который вы рассчитывали, попробуйте увеличить конечное значение на 1.

Использование range() для создания числового списка

Если вы хотите создать числовой список, преобразуйте результаты range() в список при помощи функции list(). Если заключить вызов range() в list(), то результат будет представлять собой список с числовыми элементами.

В примере из предыдущего раздела числовая последовательность просто выводилась на экран. Тот же набор чисел можно преобразовать в список вызовом list():

numbers = list(range(1,6))

print(numbers)

Результат:

[1, 2, 3, 4, 5]

Функция range() также может генерировать числовые последовательности, пропуская числа в заданном диапазоне. Например, построение списка четных чисел от 1 до 10 происходит так:

even_numbers.py

even_numbers = list(range(2,11,2))

print(even_numbers)

В этом примере функция range() начинает со значения 2, а затем увеличивает его на 2. Приращение 2 последовательно применяется до тех пор, пока не будет достигнуто или пройдено конечное значение 11, после чего выводится результат:

[2, 4, 6, 8, 10]

С помощью функции range() можно создать практически любой диапазон чисел. Например, как бы вы создали список квадратов всех целых чисел от 1 до 10? В языке Python операция возведения в степень обозначается двумя звездочками (**). Один из возможных вариантов выглядит так:

squares.py

(1) squares = []

(2)for value in range(1,11):

(3) . .square = value**2

(4) . .squares.append(square)

(5)print(squares)

Сначала в точке (1) создается пустой список с именем squares. В точке (2) вы приказываете Python перебрать все значения от 1 до 10 при помощи функции range(). В цикле текущее значение возводится во вторую степень, а результат сохраняется в переменной square в точке (3). В точке (4) каждое новое значение square присоединяется к списку squares. Наконец, после завершения цикла список квадратов выводится в точке (5):

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

Чтобы сделать код более компактным, можно опустить временную переменную square и присоединять каждое новое значение прямо к списку:

squares = []

for value in range(1,11):

(1) . .squares.append(value**2)

print(squares)

Конструкция (1) выполняет ту же работу, что и строки (3) и (4) в squares.py. Каждое значение в цикле возводится во вторую степень, а затем немедленно присоединяется к списку квадратов.

При создании более сложных списков можно использовать любой из двух подходов. Иногда использование временной переменной упрощает чтение кода; в других случаях оно приводит лишь к напрасному удлинению кода. Сначала сосредоточьтесь на написании четкого и понятного кода, который делает именно то, что нужно, — и только потом переходите к анализу кода и поиску более эффективных решений.

Простая статистика с числовыми списками

Некоторые функции Python предназначены для работы с числовыми списками. Например, вы можете легко узнать минимум, максимум и сумму числового списка:

>>>digits = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0]

>>>min(digits)

>>>max(digits)

>>>sum(digits)

примечание

В примерах этой главы используются короткие списки чисел, но это делается только для того, чтобы данные помещались на странице. Примеры также будут работать и в том случае, если список содержит миллионы чисел.

Генераторы списков

Описанный выше способ генерирования списка squares состоял из трех или четырех строк кода. Генератор списка (list comprehension) позволяет сгенерировать тот же список всего в одной строке. Генератор списка объединяет цикл for и создание новых элементов в одну строку и автоматически присоединяет к списку все новые элементы. Учебники не всегда рассказывают о генераторах списка начинающим программистам, но я привожу этот материал, потому что вы с большой вероятностью встретите эту конструкцию, как только начнете просматривать код других разработчиков.

В следующем примере список квадратов, знакомый вам по предыдущим примерам, строится с использованием генератора списка:

squares.py

squares = [value**2 for value in range(1,11)]

print(squares)

Чтобы использовать этот синтаксис, начните с содержательного имени списка, например squares. Затем откройте квадратные скобки и определите выражение для значений, которые должны быть сохранены в новом списке. В данном примере это выражение value**2, которое возводит значение во вторую степень. Затем напишите цикл for для генерирования чисел, которые должны передаваться выражению, и закройте квадратные скобки. Цикл for в данном примере — for value in range(1,11) — передает значения с 1 до 10 выражению value**2. Обратите внимание на отсутствие двоеточия в конце команды for.

Результатом будет уже знакомый вам список квадратов:

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

Чтобы успешно писать собственные генераторы списков, необходим определенный опыт. Тем не менее, как только вы освоитесь с созданием обычных списков, вы оцените возможности генераторов. Когда после очередного трех-четырехстрочного блока вам это надоест, подумайте о написании собственных генераторов списков.

Упражнения

4-3. Считаем до 20: используйте цикл for для вывода чисел от 1 до 20 включительно.

4-4. Миллион: создайте список чисел от 1 до 1 000 000, затем воспользуйтесь циклом for для вывода чисел. (Если вывод занимает слишком много времени, остановите его нажатием Ctrl+C или закройте окно вывода.)

4-5. Суммирование миллиона чисел: создайте список чисел от 1 до 1 000 000, затем воспользуйтесь функциями min() и max() и убедитесь в том, что список действительно начинается с 1 и заканчивается 1 000 000. Вызовите функцию sum() и посмотрите, насколько быстро Python сможет просуммировать миллион чисел.

4-6. Нечетные числа: воспользуйтесь третьим аргументом функции range() для создания списка нечетных чисел от 1 до 20. Выведите все числа в цикле for.

4-7. Тройки: создайте список чисел, кратных 3, в диапазоне от 3 до 30. Выведите все числа своего списка в цикле for.

4-8. Кубы: результат возведения числа в третью степень называется кубом. Например, куб 2 записывается в языке Python в виде 2**3. Создайте список первых 10 кубов (то есть кубов всех целых чисел от 1 до 10) и выведите значения всех кубов в цикле for.

4-9. Генератор кубов: используйте конструкцию генератора списка для создания списка первых 10 кубов.

Работа с частью списка

В главе 3 вы узнали, как обращаться к отдельным элементам списка, а в этой главе мы занимались перебором всех элементов списка. Также можно работать с конкретным подмножеством элементов списка; в Python такие подмножества называются срезами (slices).

Создание среза

Чтобы создать срез списка, следует задать индексы первого и последнего элементов, с которыми вы намереваетесь работать. Как и в случае с функцией range(), Python останавливается на элементе, предшествующем второму индексу. Скажем, чтобы вывести первые три элемента списка, запросите индексы с 0 по 3, и вы получите элементы 0, 1 и 2.

В следующем примере используется список игроков команды:

players.py