درس ۰۸: ساختمان‌های داده در پایتون: list و tuple¶

دستور del¶

با استفاده از دستور del [اسناد پایتون] نیز می‌توان یک عضو یا یک تکه از شی لیست را حذف کرد:

>>> L = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']

>>> del L[2]
>>> L
['a', 'b', 'd', 'e', 'f', 'g']

>>> del L[1:4]
>>> L
['a', 'f', 'g']

همچنین می‌توانیم از این دستور برای حذف کامل یک متغیر استفاده نماییم. با حدف یک متغیر، ارجاع آن به شی نیز حذف می‌شود و چنانچه هیچ ارجاع دیگری به آن شی وجود نداشته باشد، شی‌ای که متغیر به آن ارجاع داشت نیز از حافظه حذف می‌گردد:

>>> a = 5
>>> a
5

>>> del a

>>> a
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined

انتساب چندگانه¶

می‌توان یک شی لیست - یا در کل یک شی دنباله - را به تعدادی نام انتساب داد و متغیرهای جداگانه‌ای ایجاد نمود؛ این عمل Unpacking خوانده می‌شود. در این شرایط مفسر پایتون هر عضو دنباله را با حفظ ترتیب به یکی از نام‌ها انتساب می‌دهد که در حالت عادی می‌بایست تعداد نام‌ها با عضوهای دنباله برابر باشد:

>>> L = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4]

>>> a, b, c, d = L

>>> a
1.1
>>> b
2.2
>>> c
3.3
>>> d
4.4

>>> a, b = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: too many values to unpack (expected 2)

ولی می‌توان یکی از نام‌ها را توسط نماد * نشانه‌گذاری کرد؛ در این شرایط مفسر پایتون توازنی را بین عضوهای دنباله و نام‌ها ایجاد می‌کند که در این حالت تمام عضوهای اضافی - در قالب یک شی لیست - به نام نشانه‌گذاری شده انتساب داده می‌شود. البته باید توجه داشت که ترتیب عضوهای دنباله در هر شرایطی رعایت خواهد شد؛ به نمونه کدهای پایین توجه نمایید:

>>> L = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4]

>>> a, b, *c = L

>>> a
1.1
>>> b
2.2
>>> c
[3.3, 4.4]

>>> *a, b = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4]

>>> a
[1.1, 2.2, 3.3]
>>> b
4.4

>>> a, *b, c = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4]

>>> a
1.1
>>> b
[2.2, 3.3]
>>> c
4.4

>>> a, b, c, *d = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4]

>>> a
1.1
>>> b
2.2
>>> c
3.3
>>> d
[4.4]

کپی کردن¶

همانند دیگر اشیا می‌توان با انتساب یک متغیر موجود از شی لیست به یک نام جدید، متغیر دیگری از این نوع شی ایجاد کرد. البته همانطور که پیش‌تر نیز بیان شده است؛ در این حالت شی کپی نمی‌گردد و تنها یک ارجاع جدید از این نام جدید به شی آن متغیر داده می‌شود. این موضوع با استفاده از تابع ()id [اسناد پایتون] قابل آزمودن است؛ خروجی این تابع برابر نشانی شی در حافظه می‌باشد و بدیهی است که دو مقدار id یکسان برای دو متغیر نشان از یکی بودن شی آن‌هاست:

>>> L1 = [1, 2, 3]

>>> L2 = L1

>>> L2
[1, 2, 3]

>>> id(L1)
140254551721800
>>> id(L2)
140254551721800

عضوهای یک شی لیست تغییر پذیر هستند و باید توجه داشته باشیم اکنون که هر دو متغیر به یک شی اشاره دارند اگر توسط یکی از متغیرها، عضوهای شی مورد نظر تغییر داده شوند، مقدار مورد انتظار ما از شی متغیر دوم نیز تغییر خواهد کرد:

>>> L1 = [1, 2, 3]

>>> L2 = L1

>>> L1[0] = 7

>>> L1
[7, 2, 3]
>>> L2
[7, 2, 3]

اگر این موضوع را یک مشکل بدانیم برای رفع آن می‌توان از شی متغیر یک کپی ایجاد کرده و این کپی را به متغیر جدید نسبت دهیم؛ در این شرایط هر دو متغیر به اشیایی جداگانه در محل‌هایی متفاوت از حافظه اشاره خواهند داشت. در حالت عادی برای کپی کردن یک شی لیست نیاز به کار جدیدی نیست و می‌توان از اندیس گذاری [:] - به معنی تمامی عضوها - استفاده کرد:

>>> L1
[7, 2, 3]

>>> L2 = L1[:]

>>> L1
[7, 2, 3]
>>> L2
[7, 2, 3]

>>> id(L1)
140254551721928
>>> id(L2)
140254551721800

>>> L1[0] = 5

>>> L1
[5, 2, 3]
>>> L2
[7, 2, 3]

ولی اگر شی لیست مورد نظر عضوهایی از نوع لیست (یا هر نوع تغییر پذیر دیگر) داشته باشد، مشکل فوق همچنان برای این عضوها باقی است. به نمونه کد و تصویر پایین توجه نمایید:

>>> L1 = [1, 2, [7, 8]]

>>> L2 = L1[:]
>>> L2
[1, 2, [7, 8]]

>>> L1[2][1] = 5

>>> L1
[1, 2, [7, 5]]
>>> L2
[1, 2, [7, 5]]

>>> id(L1)
140402644179400
>>> id(L2)
140402651379720

>>> id(L1[2])
140402644179080
>>> id(L2[2])
140402644179080

در پایتون کپی شی به دو شیوه «سطحی» (Shallow Copy) و «عمیق» (Deep Copy) انجام می‌شود که به ترتیب توسط تابع‌های ()copy و ()deepcopy از درون ماژول copy در دسترس هستند [اسناد پایتون]. در شیوه کپی سطحی همانند کاری که پیش از این انجام دادیدم - یعنی انتساب با استفاده از اندیس [:] - اشیا داخلی کپی نمی‌شوند و تنها یک ارجاع جدید به آن‌ها داده می‌شود؛ در حالی که توسط شیوه کپی عمیق از تمامی اشیا (تغییر پذیر) داخلی نیز یک کپی ایجاد می‌گردد:

>>> L1 = [1, 2, [7, 8]]

>>> import copy
>>> L2 = copy.copy(L1)    # Shallow Copy

>>> L1[2][1] = 5

>>> L1
[1, 2, [7, 5]]
>>> L2
[1, 2, [7, 5]]

>>> L1 = [1, 2, [7, 8]]

>>> import copy
>>> L2 = copy.deepcopy(L1)    # Deep Copy

>>> L1[2][1] = 5

>>> L1
[1, 2, [7, 5]]
>>> L2
[1, 2, [7, 8]]

>>> id(L1)
140402651379656
>>> id(L2)
140402644179400

>>> id(L1[2])
140402644106312
>>> id(L2[2])
140402651379080

عملگرها برای لیست¶

می‌توان از عملگرهای + (برای پیوند لیست‌ها) و * (برای تکرار عضوهای لیست) بهره برد:

>>> [1, 2] + [2, 3] + [3, 4]
[1, 2, 2, 3, 3, 4]

>>> ['python'] * 3
['python', 'python', 'python']

برای بررسی برابر بودن مقدار دو شی لیست مانند دیگر اشیا می‌توان از عملگر == استفاده کرد:

>>> [1, 'python'] == [1, 'python']
True

>>> [1, 'python'] == [1, 'PYTHON']
False

از عملگرهای عضویت هم می‌توان برای بررسی وجود شی‌ای درون لیست استفاده کرد:

>>> L = ['a', [1, 2]]

>>> 'b' not in L
True
>>> 2 in L
False
>>> [1, 2] in L
True

تفاوت عملگرهای == و is¶

نکته‌ای که در درس‌های پیش مطرح نشد، بیان تفاوت بین عملگر برابری و عملگر هویت است. پیش از ارایه توضیح به نمونه کد پایین توجه نمایید:

>>> a = 5
>>> b = a
>>> a == b
True
>>> a is b
True

>>> L1 = [1, 2, 3]
>>> L2 = L1
>>> L1 == L2
True
>>> L1 is L2
True

>>> L2 = L1[:]
>>> L1 == L2
True
>>> L1 is L2          # False!
False

از درس پنجم به یاد داریم که هر شی در پایتون حاوی یک «شناسه» (identity)، یک «نوع» (type) و یک «مقدار» (value) است. عملگر == دو شی را از نظر یکسان بودن «مقدار» مورد بررسی قرار می‌دهد در حالی که عملگر is دو شی را از نظر یکسان بودن «شناسه» (خروجی تابع ()id) یا همان نشانی آن‌ها در حافظه مورد بررسی قرار می‌دهد.

پیش از این هم بیان شده بود که مفسر پایتون برای صرفه‌جویی در زمان و حافظه از ساخت مجدد اشیا نوع «صحیح» و «رشته» کوچک موجود اجتناب می‌کند و تنها یک ارجاع جدید به آن‌ها می‌دهد. اما این موضوع در مورد اشیا دیگر درست نمی‌باشد و مفسر پایتون برای هر متغیری که برای این نوع اشیا تعریف می‌گردد یک شی جدید ایجاد می‌کند و به آن ارجاع می‌دهد:

>>> a = 5
>>> b = 5
>>> a == b
True
>>> a is b
True

>>> m = 'python'
>>> n = 'python'
>>> m == n
True
>>> m is n
True

>>> L1 = [1, 2, 3]
>>> L2 = [1, 2, 3]
>>> L1 == L2
True
>>> L1 is L2          # False!
False

تبدیل به شی لیست¶

با استفاده از کلاس ()list [اسناد پایتون] می‌توان یک شی لیست ایجاد کرد یا اشیایی که از نوع دنباله هستند را به یک شی لیست تبدیل نمود:

>>> a = 'python'
>>> type(a)
<class 'str'>

>>> b = list(a)
>>> type(b)
<class 'list'>

>>> b
['p', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']

>>> L = list()
>>> L
[]

متدهای کاربردی یک شی لیست¶

شی لیست تغییر پذیر است و متدهای آن برخلاف شی رشته یک شی جدید تغییر یافته را برنمی‌گردانند بلکه تغییرات را بر روی همان شی ایجاد می‌کنند.

• (append(x - شی x را به انتهای لیست مورد نظر اضافه می‌کند:

  >>> L = [1, 2, 3]
  
  >>> L.append(4)
  >>> L
  [1, 2, 3, 4]
  
  >>> L.append(['a', 'b'])
  >>> L
  [1, 2, 3, 4, ['a', 'b']]
  

  عملکرد این متد (L.append(x همانند عمل [L + [x است:

  >>> L = [1, 2, 3]
  >>> L + [4]
  [1, 2, 3, 4]
  

• (extend(s - عضوهای شی دنباله s را به انتهای لیست مورد نظر اضافه می‌کند:

  >>> L = [1, 2, 3]
  
  >>> L.extend(['a', 'b'])
  >>> L
  [1, 2, 3, 'a', 'b']
  

  >>> L = [1, 2, 3]
  
  >>> L.extend('py')
  >>> L
  [1, 2, 3, 'p', 'y']
  

• (insert(i, x - یک عضو جدید مانند x را در موقعیتی از لیست با اندیس دلخواه مانند i قرار می‌دهد:

  >>> L = [1, 2, 3]
  
  >>> L.insert(0, 'python')
  >>> L
  ['python', 1, 2, 3]
  

• (remove(x - در لیست مورد نظر از سمت چپ به دنبال شی‌ x می‌گردد و نخستین مورد یافت شده را از لیست حذف می‌کند. چنانچه هیچ عضو برابری با شی x یافت نشود یک خطا گزارش می‌دهد:

  >>> L = [1, 2, 3, 5, 2 , 6 , 1]
  
  >>> L.remove(2)
  >>> L
  [1, 3, 5, 2, 6, 1]
  
  >>> L.remove(0)
  Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
  ValueError: list.remove(x): x not in list
  

  توجه

  در مواردی که می‌خواهید اندیس خاصی از لیست را حذف نمایید؛ از دستور del استفاده کنید.

• ([pop([i - عضو متناظر با اندیس i را از لیست حذف و به عنوان خروجی برمی‌گرداند. چنانچه اندیس به متد فرستاده نشود به صورت پیش‌فرض آخرین عضو از لیست مورد نظر را حذف و برمی‌گرداند:

  >>> L = ['a', 'b', 'c', 'd']
  
  >>> L.pop(2)
  'c'
  >>> L
  ['a', 'b', 'd']
  
  >>> L.pop()
  'd'
  >>> L
  ['a', 'b']
  

  توجه

  نماد [ ] در الگو متدها تنها روشی برای بیان اختیاری بودن عبارت درون آن می‌باشد و جزیی از متد نیست.

• ([index(x[, n - در لیست مورد نظر از سمت چپ به دنبال شی x می‌گردد و اندیس نخستین مورد یافت شده را برمی‌گرداند. این متد یک آرگومان اختیاری (n) نیز دارد که به کمک آن می‌توان تعیین نمود اندیس چندمین مورد یافت شده برگردانده شود. چنانچه هیچ عضو برابری با شی x یافت نشود یک خطا گزارش می‌دهد:

  >>> L = ['s', 'b', 'c', 'a', 's', 'b']
  
  >>> L.index('b')
  1
  
  >>> L.index('b', 2)
  5
  
  >>> L.index('z')
  Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
  ValueError: 'z' is not in list
  

• (count(x - تعداد وقوع شی x را در لیست مورد نظر برمی‌گرداند:

  >>> L = ['a', 'b', 'c', 'a', 'a', 'b']
  
  >>> L.count('a')
  3
  >>> L.count(5)
  0
  

• ()clear - تمام عضوهای لیست مورد نظر را حذف می‌کند. عملکرد این متد معادل دستور [:]del L می‌باشد:

  >>> L = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
  
  >>> L.clear()
  >>> L
  []
  

  >>> L = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
  
  >>> del L[:]
  >>> L
  []
  

• ()reverse - عضوهای لیست مورد نظر را وارونه می‌کند:

  >>> L = ['a', 'b', 'c', 'd']
  
  >>> L.reverse()
  >>> L
  ['d', 'c', 'b', 'a']
  

• ()sort - عضوهای یک لیست را مرتب می‌کند:

  >>> L = [4, 6, 2, 1, 5, 0, 3]
  
  >>> L.sort()
  >>> L
  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
  

  >>> L = ['g', 'e', 'h', 'f', 'd']
  
  >>> L.sort()
  >>> L
  ['d', 'e', 'f', 'g', 'h']
  

  این متد در حالت پیش‌فرض به صورت صعودی اقدام به مرتب سازی می‌کند ولی می‌توان با فرستادن مقدار True به آرگومان اختیاری reverse، شیوه آن را به نزولی تغییر داد:

  >>> L = [4, 6, 2, 1, 5, 0, 3]
  
  >>> L.sort(reverse=True)
  >>> L
  [6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]
  

  متد ()sort آرگومان اختیاری دیگری نیز با نام key دارد که می‌توان با ارسال یک تابع تک آرگومانی به آن عمل دلخواهی را بر روی تک تک عضوهای لیست مورد نظر، پیش از مقایسه و مرتب‌سازی به انجام رساند. البته باید توجه داشت که تنها می‌بایست نام تابع به آرگومان متد فرستاده شود و نه الگو کامل آن؛ برای مثال تابع با الگو (func(x باید به صورت key=func فرستاده شود. چنانچه آرگومان key فرستاده شود، این متد عضوهای لیست را به تابع تعیین شده می‌فرستد و در انتها خروجی آن‌ها را برای عمل مرتب‌سازی در نظر می‌گیرد. به نمونه کد پایین توجه نمایید:

  >>> L = ['a', 'D', 'c', 'B', 'e', 'f', 'G', 'h']
  
  >>> L.sort()
  >>> L
  ['B', 'D', 'G', 'a', 'c', 'e', 'f', 'h']
  

  همانطور که مشاهده می‌شود حروف بزرگ در ابتدای لیست مرتب شده قرار گرفته‌اند؛ در واقع حروف بزرگ موجود در لیست به مقدار کوچکتری ارزیابی شده‌اند که اگر به کد اَسکی این حروف توجه نمایید متوجه علت این ارزیابی خواهید شد. برای رفع این مشکل می‌توان پیش از آنکه عمل مقایسه برای مرتب‌سازی انجام پذیرد با فراخونی تابعی بر روی عضوهای لیست، تمام حروف را به بزرگ یا کوچک تبدیل نماییم تا حروف در سطح یکسانی برای مقایسه قرار بگیرند:

  >>> L = ['a', 'D', 'c', 'B', 'e', 'f', 'G', 'h']
  
  >>> L.sort(key=str.lower)
  >>> L
  ['a', 'B', 'c', 'D', 'e', 'f', 'G', 'h']
  

  در نمونه کد بالا str.lower به چه معنی است؟

  در درس پیش با کلاس ()str که از آن برای ایجاد شی رشته استفاده می‌شد آشنا شدیم و با برخی از متدهای آن که برای یک شی رشته در دسترس بود (مانند: ()join) نیز کار کردیم. در آینده توسط درس مربوط به کلاس‌ها خواهیم آموخت که می‌توان با استفاده از نام کلاس و بدون ایجاد شی، متدهای داخل آن را فراخوانی نمود؛ در اینجا نیز همین اتفاق افتاده است و (lower(s متدی تک آرگومانی داخل کلاس str می‌باشد که توسط نام این کلاس فراخوانی شده است.

  >>> str
  <class 'str'>
  
  >>> str.lower
  <method 'lower' of 'str' objects>
  
  >>> dir(str)
  ['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']
  

  نکته

  با استفاده از تابع آماده ()dir [اسناد پایتون] می‌توانیم لیستی از تمام صفت‌ها و متدهای در دسترس یک شی را دریافت نماییم.

  به جای متد ()sort می‌توان از تابع آماده ()sorted [اسناد پایتون] نیز با همین توضیح استفاده کرد:

  >>> L = ['a', 'D', 'c', 'B', 'e', 'f', 'G', 'h']
  
  >>> sorted(L)
  ['B', 'D', 'G', 'a', 'c', 'e', 'f', 'h']
  
  >>> sorted(L, key=str.lower, reverse=True)
  ['h', 'G', 'f', 'e', 'D', 'c', 'B', 'a']
  

ایجاد پشته¶

«پشته» (Stack) ساختاری برای نگهداری موقت داده‌ها می‌باشد به شکلی که آخرین داده‌ای که در آن قرار می‌گیرد نخستین داده‌ای خواهد بود که خارج می‌گردد؛ این شیوه سازمان‌دهی LIFO یا Last In, First Out خوانده می‌شود. پشته تنها از دو عمل (یا متد) پشتیبانی می‌کند: push که داده‌ای را بالای تمام داده‌های موجود در آن قرار می‌دهد و pop که بالاترین داده را از آن خارج می‌کند.

ساختار پشته را می‌توان به سادگی با استفاده از نوع لیست در پایتون پیاده‌سازی کرد؛ به این صورت که برای یک شی لیست متد ()append معادل عمل push و متد ()pop نیز معادل عمل pop خواهد بود:

>>> stack = []

>>> stack.append(1)
>>> stack.append(2)
>>> stack.append(3)

>>> stack
[1, 2, 3]

>>> stack.pop()
3
>>> stack.pop()
2

>>> stack
[1]