Python3のデータ構造

この章では、これまでに学んだ知識をベースに、主に Python のデータ構造を紹介します。

リスト

Python のリストは変更可能です。一言で言えば、リストは変更できますが、文字列とタプルは変更できません。

以下は Python のリストのメソッドです:

次の例は、リストのほとんどのメソッドを示しています:

>>> a = [66.25, 333, 333, 1, 1234.5]
>>> print(a.count(333), a.count(66.25), a.count('x'))
2 1 0
>>> a.insert(2, -1)
>>> a.append(333)
>>> a
[66.25, 333, -1, 333, 1, 1234.5, 333]
>>> a.index(333)
1
>>> a.remove(333)
>>> a
[66.25, -1, 333, 1, 1234.5, 333]
>>> a.reverse()
>>> a
[333, 1234.5, 1, 333, -1, 66.25]
>>> a.sort()
>>> a
[-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]

注: 挿入、削除、並べ替えなどのリストを変更するメソッドには戻り値がありません。

リストをスタックとして使用する

list メソッドを使用すると、リストをスタックとして簡単に使用できます。スタックは特定のデータ構造であり、最初に入力された要素が最後に解放されます (後入れ先出し)。 ）。 append() メソッドを使用して、スタックの先頭に要素を追加します。インデックスを指定せずに、pop() メソッドを使用して、スタックの最上位から要素を解放できます。例:

>>> stack = [3, 4, 5]
>>> stack.append(6)
>>> stack.append(7)
>>> stack
[3, 4, 5, 6, 7]
>>> stack.pop()
7
>>> stack
[3, 4, 5, 6]
>>> stack.pop()
6
>>> stack.pop()
5
>>> stack
[3, 4]

リストをキューとして使用する

リストをキューとして使用することもできますが、キューに追加された最初の要素が最初に取り出されます。ただし、そのような目的のためのリストです。リストの末尾から要素を追加またはポップするのは高速ですが、リストの先頭から要素を挿入またはポップするのは高速ではありません (他のすべての要素を 1 つずつ移動する必要があるため)。

>>> from collections import deque
>>> queue = deque(["Eric", "John", "Michael"])
>>> queue.append("Terry")           # Terry arrives
>>> queue.append("Graham")          # Graham arrives
>>> queue.popleft()                 # The first to arrive now leaves
'Eric'
>>> queue.popleft()                 # The second to arrive now leaves
'John'
>>> queue                           # Remaining queue in order of arrival
deque(['Michael', 'Terry', 'Graham'])

リスト内包表記

リスト内包表記は、シーケンスからリストを作成する簡単な方法を提供します。通常、アプリケーションはシーケンスの各要素にいくつかの操作を適用し、その結果を要素として使用して新しいリストを生成するか、特定の条件に基づいてサブシーケンスを作成します。

すべてのリストの内包表記は for で始まり、その後に式が続き、その後に 0 個以上の for 節または if 節が続きます。返される結果は、式に基づいて次の for コンテキストと if コンテキストから生成されたリストです。式でタプルを導出する場合は、括弧を使用する必要があります。

ここでは、リスト内の各値を 3 で乗算して、新しいリストを取得します:

>>> vec = [2, 4, 6]
>>> [3*x for x in vec]
[6, 12, 18]

ここで、ちょっとしたトリックを実行します:

>>> [[x, x**2] for x in vec]
[[2, 4], [4, 16], [6, 36]]

ここで、シーケンス内の各要素に対してメソッドを 1 つずつ呼び出します:

>>> freshfruit = ['  banana', '  loganberry ', 'passion fruit  ']
>>> [weapon.strip() for weapon in freshfruit]
['banana', 'loganberry', 'passion fruit']

We if 句をフィルターとして使用することができます:

>>> [3*x for x in vec if x > 3]
[12, 18]
>>> [3*x for x in vec if x < 2]
[]

ループとその他のトリックのデモをいくつか示します:

>>> vec1 = [2, 4, 6]
>>> vec2 = [4, 3, -9]
>>> [x*y for x in vec1 for y in vec2]
[8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54]
>>> [x+y for x in vec1 for y in vec2]
[6, 5, -7, 8, 7, -5, 10, 9, -3]
>>> [vec1[i]*vec2[i] for i in range(len(vec1))]
[8, 12, -54]

リスト内包表記では、複雑な式またはネストされた関数を使用できます:

>>> [str(round(355/113, i)) for i in range(1, 6)]
['3.1', '3.14', '3.142', '3.1416', '3.14159']

ネストされたリスト内包表記

Python リストはネストすることもできます。

次の例は、3X4 行列リストを示しています:

>>> matrix = [
...     [1, 2, 3, 4],
...     [5, 6, 7, 8],
...     [9, 10, 11, 12],
... ]

次の例は、3X4 行列リストを 4X3 リストに変換します:

>>> [[row[i] for row in matrix] for i in range(4)]
[[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

次の例は、次の方法を使用して実装することもできます:

>>> transposed = []
>>> for i in range(4):
...     transposed.append([row[i] for row in matrix])
...
>>> transposed
[[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

別の実装方法:

>>> transposed = []
>>> for i in range(4):
...     # the following 3 lines implement the nested listcomp
...     transposed_row = []
...     for row in matrix:
...         transposed_row.append(row[i])
...     transposed.append(transposed_row)
...
>>> transposed
[[1, 5, 9], [2, 6, 10], [3, 7, 11], [4, 8, 12]]

del ステートメント

del ステートメントを使用して、値ではなくインデックスによってリストから要素を削除します。これは、pop() を使用して値を返すこととは異なります。 del ステートメントを使用すると、リストからカットを削除したり、リスト全体をクリアしたりできます (以前に紹介した方法は、カットに空のリストを割り当てることでした)。例:

>>> a = [-1, 1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
>>> del a[0]
>>> a
[1, 66.25, 333, 333, 1234.5]
>>> del a[2:4]
>>> a
[1, 66.25, 1234.5]
>>> del a[:]
>>> a
[]

del を使用してエンティティ変数を削除することもできます:

>>> del a

タプルとシーケンス

タプルは、複数のカンマ区切りの値で構成されます。例:

>>> t = 12345, 54321, 'hello!'
>>> t[0]
12345
>>> t
(12345, 54321, 'hello!')
>>> # Tuples may be nested:
... u = t, (1, 2, 3, 4, 5)
>>> u
((12345, 54321, 'hello!'), (1, 2, 3, 4, 5))

ご覧のとおり、タプルは次の場合に常に出力されます。出力 ネストされた構造を正しく表現しやすくするために括弧で囲まれています。括弧を付けて入力することも、括弧を付けないこともできますが、通常は括弧が必要です (タプルがより大きな式の一部である場合)。

Set

セットとは、順序付けされていない繰り返しのない要素のセットです。基本的な機能には、関係のテストと重複要素の削除が含まれます。

中括弧 ({}) を使用してコレクションを作成できます。注: 空のコレクションを作成したい場合は、{} の代わりに set() を使用する必要があります。後者は空のディクショナリ (次のセクションで紹介するデータ構造) を作成します。

ここに簡単なデモを示します:

>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
>>> print(basket)                      # show that duplicates have been removed
{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
>>> 'orange' in basket                 # fast membership testing
True
>>> 'crabgrass' in basket
False

>>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words
...
>>> a = set('abracadabra')
>>> b = set('alacazam')
>>> a                                  # unique letters in a
{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
>>> a - b                              # letters in a but not in b
{'r', 'd', 'b'}
>>> a | b                              # letters in either a or b
{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
>>> a & b                              # letters in both a and b
{'a', 'c'}
>>> a ^ b                              # letters in a or b but not both
{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}>>> basket = {'apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana'}
>>> print(basket)                      # show that duplicates have been removed
{'orange', 'banana', 'pear', 'apple'}
>>> 'orange' in basket                 # fast membership testing
True
>>> 'crabgrass' in basket
False

>>> # Demonstrate set operations on unique letters from two words
...
>>> a = set('abracadabra')
>>> b = set('alacazam')
>>> a                                  # unique letters in a
{'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
>>> a - b                              # letters in a but not in b
{'r', 'd', 'b'}
>>> a | b                              # letters in either a or b
{'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
>>> a & b                              # letters in both a and b
{'a', 'c'}
>>> a ^ b                              # letters in a or b but not both
{'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

コレクションは内包表記もサポートしています:

>>> a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
>>> a
{'r', 'd'}

Dictionary

Python のもう 1 つの非常に便利な組み込みデータ型は辞書です。

シーケンスは連続整数によってインデックス付けされますが、辞書はキーワードによってインデックス付けされます。通常は文字列または数値です。

辞書を理解する最良の方法は、辞書をキー => 値のペアの順序なしのコレクションとして考えることです。同じ辞書内では、キーワードは互いに異なっていなければなりません。

中括弧のペアは空の辞書を作成します: {}。

これは辞書の使用法の簡単な例です:

>>> tel = {'jack': 4098, 'sape': 4139}
>>> tel['guido'] = 4127
>>> tel
{'sape': 4139, 'guido': 4127, 'jack': 4098}
>>> tel['jack']
4098
>>> del tel['sape']
>>> tel['irv'] = 4127
>>> tel
{'guido': 4127, 'irv': 4127, 'jack': 4098}
>>> list(tel.keys())
['irv', 'guido', 'jack']
>>> sorted(tel.keys())
['guido', 'irv', 'jack']
>>> 'guido' in tel
True
>>> 'jack' not in tel
False

コンストラクター dict() は、キーと値のペアのタプルのリストから直接辞書を構築します。固定パターンがある場合、リスト内包表記は特定のキーと値のペアを指定します:

>>> dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)])
{'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}

さらに、辞書内包表記を使用して、任意のキーと値の式辞書を作成できます:

>>> {x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
{2: 4, 4: 16, 6: 36}

キーワードが単なる文字列の場合は、 key It を使用します。単語パラメーターを使用してキーと値のペアを指定する方が便利な場合があります:

>>> dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098)
{'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}

トラバーサル スキル

辞書内をトラバースするとき、items() メソッドを使用してキーワードと対応する値を同時に解釈できます:

>>> knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}
>>> for k, v in knights.items():
...     print(k, v)
...
gallahad the pure
robin the brave

シーケンス内をトラバースする場合、インデックス位置と対応する値は enumerate() 関数を使用して同時に取得できます:

>>> for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):
...     print(i, v)
...
0 tic
1 tac
2 toe

2 つ以上のシーケンスを同時にトラバースするには、zip() の組み合わせを使用できます:

>>> questions = ['name', 'quest', 'favorite color']
>>> answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']
>>> for q, a in zip(questions, answers):
...     print('What is your {0}?  It is {1}.'.format(q, a))
...
What is your name?  It is lancelot.
What is your quest?  It is the holy grail.
What is your favorite color?  It is blue.

Toシーケンスを逆に走査するには、最初にシーケンスを指定してから、 reversesd() 関数を呼び出します:

>>> for i in reversed(range(1, 10, 2)):
...     print(i)
...
9
7
5
3
1

シーケンスを順番に走査するには、sorted() 関数を使用して、元の値を変更せずにソートされたシーケンスを返します:

>>> basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana']
>>> for f in sorted(set(basket)):
...     print(f)
...
apple
banana
orange
pear

ドキュメントを参照

• Python3リスト

• Python3タプル

• Python3辞書