Введение в коллекции

Встроенные типы данных в Python позволяют эффективно работать с информацией различного формата. И если числовые и логические типы предназначены для хранения отдельных значений, то коллекции служат контейнерами для одновременного хранения множества элементов.

Коллекции в Python представлены такими типами данных, как уже хорошо знакомые нам строки, а также списки, кортежи, множества и словари.

Каждая встроенная коллекция обладает уникальным набором свойств, определяемых её упорядоченностью, изменяемостью и требованиями к уникальности элементов. Выбор подходящей коллекции зависит от конкретной задачи и требований к хранению и обработке данных.

Основные коллекции

Давайте кратко рассмотрим каждую из встроенных коллекций, представленных в Python.

1. Строки, которые мы уже неоднократно использовали, представляют собой упорядоченную последовательность символов, заключённую в двойные " или одинарные ' кавычки:

username = "Sauron999"

Строки неизменяемы, то есть мы не можем изменить отдельные символы в строке после её создания. Поэтому все операции над строками на самом деле создают новую строку.

2. Списки – наиболее гибкая и часто используемая коллекция, которая содержит упорядоченный набор элементов в квадратных скобках:

books = ["Хоббит, или Туда и обратно", "Две крепости", "Братство Кольца"]

Списки изменяемы, поэтому мы можем свободно добавлять, удалять и изменять их элементы.

3. Кортежи, как и списки, хранят элементы в определённом порядке, однако они неизменяемы и создаются с помощью круглых скобок:

hobbits = ("Фродо Бэггинс", "Бильбо Бэггинс")

После создания кортежа в него невозможно внести какие-либо изменения, что делает его полезным для хранения данных, которые не должны подвергнуться случайным изменениям, например, какие-то константы.

4. Множества в Python представляют собой неупорядоченную коллекцию уникальных элементов. Они во многом напоминают математические множества и определяются путем перечисления элементов в фигурных скобках:

regions = {"Хоббитон", "Тростниковая Топь", "Иглоушко", "Малоройка"}

Множества являются изменяемыми, что позволяет добавлять, изменять и удалять элементы.

5. Словари в Python очень похожи на словари в реальной жизни, и организуют данные в виде пар «ключ-значение», заключённых в фигурные скобках:

heroes = {"Арагорн": 2931, "Леголас": 3018, "Бард I": 2941}

Ключи словаря должны быть уникальными, в то время как значения могут повторяться. Словари изменяемы, что позволяет добавлять, удалять и изменять пары «ключ-значение». Исторически словари считались неупорядоченными коллекциями. Однако начиная с Python 3.7, словари гарантированно сохраняютпорядок вставки элементов.

Упорядоченность коллекций

Строки, списки, кортежи и словари обладают свойством упорядоченности, то есть порядок, в котором элементы были добавлены в коллекцию, сохраняется.

При этом в строках, списках и словарях каждый элемент имеет свой порядковый номер, называемый индексом, по которому можно получить этот элемент. Для этого следует указать индекс в квадратных скобках:

sport = ["Теннис", "Футбол", "Волейбол"]
print(sport[1])
# Вывод: Футбол

В программировании принято начинать считать с 0, поэтому первый элемент "Теннис" находится по индексу 0, второй элемент "Футбол" – по индексу 1 и так далее. Более подробно механизм индексов мы рассмотрим далее.

Элементы словаря пусть и сохраняют порядок вставки элементов, но к ним нельзя обратиться по индексу. Вместо него в квадратных скобках указывается ключ словаря, по которому требуется получить значение:

plans = {"Суббота": "Сделать уборку", "Воскресенье": "Спать"}
print(plans["Воскресенье"])
# Вывод: Спать

Изменяемость коллекций

Списки, словари и множества предоставляют возможность добавлять, удалять и изменять элементы после создания.

Например, изменим элемент списка по индексу:

berries = ["Голубика", "Малина", "Ежевика"]
berries[0] = "Клюква"
print(berries) 
# Вывод: ["Клюква", "Малина", "Ежевика"]

Или значение словаря по ключу:

poems = {"Гомер": "Одиссея", "Вергилий": "Энеида"}
poems["Гомер"] = "Илиада"
print(poems)
# Вывод: {'Гомер': 'Илиада', 'Вергилий': 'Энеида'}

Однако изменение по индексу элемента строки или кортежа приведет к исключению TypeError. Например, если мы хотим изменить строку "Вера" на "Лера", изменив элемент с индексом 0 на букву "Л", то это приведёт к ошибке:

name = "Вера"
name[0] = "Л" 
# Ошибка: TypeError: 'str' object does not support item assignment

Это же исключение вызывается при попытке изменения элемента кортежа:

populations = (300000, 100000, 350000)
populations[1] = 420000 
# Ошибка: TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

Но если кортеж содержит изменяемые объекты, такие как списки, то сами эти объекты могут быть изменены, хотя сам кортеж останется неизменным:

countries = ("Россия", "Китай", ["Италия", "Франция"])
countries[2][1] = "Испания"
print(countries) 
# Вывод: ("Россия", "Китай", ["Италия", "Испания"])

Уникальность коллекций

Множества является единственной встроенной коллекцией, которая гарантирует хранение только уникальных элементов. При добавлении уже существующего элемента, он будет автоматически проигнорирован:

numbers = {1, 2, 2, 3, 3, 3}
print(numbers) 
# Вывод: {1, 2, 3}

Требование уникальности также распространяется на ключи словарей. Каждый ключ в словаре должен быть уникальным. При добавлении элемента с уже существующим ключом, старое значение будет перезаписано:

drinks = {"Сок": 2, "Чай": 1, "Морс": 3}
drinks["Сок"] = 1
print(drinks) 
# Вывод: {'Сок': 1, 'Чай': 1, 'Морс': 3}

Примеры

Пример 1. Хранение координаты города

Геосервис хранит неизменяемые координаты городов в виде кортежа:

moscow_coordinates = (55.7558, 37.6176)  # Координаты Москвы
print(f"Москва: широта: {moscow_coordinates[0]}, долгота: {moscow_coordinates[1]}")

Вывод:

Москва: широта: 55.7558, долгота: 37.6176

Пример 2. Список товаров в интернет-магазине

В интернет-магазине список популярных товаров в разделе «Смартфоны» хранится в виде списка, однако после обновления ассортимента модель «Samsung Galaxy S23 Ultra» уступила своё место «Sony Xperia 1 VI»:

# Список моделей смартфоноф
smartphones = [
    "iPhone 14 Pro Max",
    "Samsung Galaxy S23 Ultra",
    "Xiaomi Mi Mix Fold 2",
    "Google Pixel 7 Pro",
]
# Второй элемент находится по индексу 1
smartphones[1] = "Sony Xperia 1 VI"  
print(smartphones)

Вывод:

['iPhone 14 Pro Max', 'Sony Xperia 1 VI', 'Xiaomi Mi Mix Fold 2', 'Google Pixel 7 Pro']

Пример 3. Обработка заказа клиента

Если в интернет-магазине клиент поставил галочку напротив пункта «Доставка», то к общей цене прибавляется стоимость доставки:

# Данные по заказу 
order_items = {
    "Название товара": "iPhone 14 Pro Max",
    "Количество": 1,
    "Цена": 120000,
    "Доставка": True
}

# Проверяем, нужна ли доставка
if order_items["Доставка"]:
   order_items["Цена"] += 500
print(f"К оплате: {order_items["Цена"]} руб.")

Вывод:

К оплате: 120500 руб.

Итоги

• Коллекции – это контейнеры для хранения множества элементов. Они отличаются по упорядоченности, изменяемости и требованиями к уникальности элементов.
• Строки – это упорядоченные и неизменяемые последовательности символов, заключённая в двойные (") или одинарные (') кавычки:
• Списки – это упорядоченные и изменяемые последовательности элементов в квадратных скобках.
• Кортежи – это упорядоченные и неизменяемые последовательности элементов в круглых скобках.
• Множества – это неупорядоченные и изменяемые наборы уникальных элементов в фигурных скобках.
• Словари – это упорядоченные и изменяемые последовательности пар «ключ-значение» в фигурных скобках.
• Элемент строки, списка и кортежа можно получить по порядковому номеру, называемому индексом. При этом в программировании принято начинать считать с 0.

Задания для самопроверки

1. Какая коллекция предназначена для хранения упорядоченной последовательности элементов, которые не могут быть изменены после создания?

2. Сколько элементов будет в множестве, созданном из элементов списка numbers = [1, 2, 2, 3, 3, 3, 4] и почему?

3. Какие коллекции сохраняют порядок элементов?

4. Представьте, что вам нужно хранить список уникальных идентификаторов пользователей, при этом порядок не имеет значения. Какой тип коллекции будет наиболее подходящим и почему?

5. Что произойдет, если в строке "кора" попытаться изменить символ "к" на символ "н"?