Programando em python listas

Python: Listas Claudio Esperança

Estruturas de dados  Maneira de organizar dados de maneira a facilitar seu acesso  Algumas formas são clássicas:  Listas  Arrays (vetores e matrizes)  Tuplas (registros)  Árvores  Linguagens freqüentemente possuem primitivas para construção dessas E.D.  Estruturas de dados embutidas  Outras E.D. mais complexas podem ser construídas combinando as E.D. clássicas

Estrutura de dados abstrata  É uma especificação matemática que define uma coleção de dados e uma série de operações sobre ela  É abstrata porque não especifica como as operações são feitas mas somente os dados de entrada e o resultado  Numa linguagem de programação, essa coleção de operações é chamada de interface ou API (Application Programming Interface)  Usuários da e.d.a devem se preocupar com a interface e não com a implementação, que pode mudar com o tempo  A implementação de uma e.d.a. requer cuidados quanto à correção e a eficiência da mesma

Listas  São arranjos seqüenciais de informações mais simples  Caracterizam-se por permitir o acesso eficiente aos seus elementos em ordem seqüencial  A definição clássica de uma lista como estrutura de dados abstrata compreende:  Operação de construção de uma lista vazia  Operação que testa se uma dada lista é vazia  Operação para obter o primeiro elemento de uma lista  Uma operação para adicionar um novo elemento no início de uma lista  Operação para retirar o elemento inicial de uma lista

Listas em Python  A estrutura conhecida como lista (list, em inglês) em Python é bastante mais geral do que e.d.a. lista clássica  Na verdade, pode ser vista como uma implementação tanto de listas como de arrays  Além de acesso seqüencial, suportam também acesso direto através de índices  Listas são variedades de seqüências assim como strings e portanto têm APIs semelhantes  Podem ser indexadas e fatiadas  Podem ser concatenadas (+) e repetidas

Listas em Python  Entretanto, há diferenças importantes entre listas e strings  Seqüência genérica vs. de seqüência de caracteres  Elementos de listas podem ser alterados individualmente mas os de strings, não  Listas constituem o tipo de agregação de dados mais versátil e comum da linguagem Python  Podem ser usadas para implementar estruturas de dados mais complexas como matrizes e árvores, por exemplo

Listas: constantes e índices  Uma constante do tipo lista é escrita entre colchetes com os elementos separados por vírgula: [] # lista vazia [1,2] # lista com 2 elementos  Os elementos de uma lista podem ser de qualquer tipo, inclusive listas. Ex.: lista = [1, 'a', 2+3j, ['ab', 'CD']]  Os elementos de uma lista podem ser acessados por índices como strings  O primeiro elemento tem índice 0  O último elemento tem índice -1

Listas: constantes e índices >>> lista = [1, 'a', 2+3j, ['ab', 'CD']] >>> lista [0] 1 >>> lista [2] (2+3j) >>> lista [3] ['ab', 'CD'] >>> lista [-1] ['ab', 'CD'] >>> lista [0] = 2 >>> lista [2, 'a', (2+3j), ['ab', 'CD']]

Listas: Concatenação e Repetição  O operador + pode ser usado para concatenação e o operador * para repetição >>> lista = [0]*4 >>> lista [0, 0, 0, 0] >>> lista = lista + [1]*3 >>> lista [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1]

Deletando elementos  O operador del pode ser usado para remover elementos de uma lista  Ex.: >>> lista [1, 2, 3, ['ab', 'CD']] >>> del lista [2] >>> lista [1, 2, ['ab', 'CD']] >>> del lista [2][1] >>> lista [1, 2, ['ab']]

Listas: fatias (slices)  A notação de fatias também pode ser usada, inclusive para atribuição: >>> lista = [1, 'a', 2+3j, ['ab', 'CD']] >>> lista [1:] ['a', (2+3j), ['ab', 'CD']] >>> lista [:1] [1] >>> lista [1:2] ['a'] >>> lista [0:-1] [1, 'a', (2+3j)]

Listas: atribuição a fatias  A atribuição a uma fatia requer que o valor atribuído seja uma seqüência (uma lista ou uma string, por exemplo)  A atribuição substitui os elementos da fatia pelos da sequência >>> lista = [1, 'y', ['ab', 'CD']] >>> lista [1:1] = ['z'] >>> lista [1, 'z', 'y', ['ab', 'CD']] >>> lista [1:3] = [['x']] >>> lista [1, ['x'], ['ab', 'CD']] >>> lista [1:-1]= [2,3,4] >>> lista [1, 2, 3, 4, ['ab', 'CD']] >>> lista [:2] = 'xyz' >>> lista ['x', 'y', 'z', 3, 4, ['ab', 'CD']]

Incrementos em Fatias  É possível usar um terceiro número na notação de fatias designando o incremento  Default é 1 , ou seja, toma os elementos de um em um do menor para o maior índice  Pode-se usar qualquer número inteiro diferente de 0  a[0:10:2] retorna uma lista com os 10 primeiros elementos de a tomados de 2 em 2 (5 elementos, no máximo)  a[0:5:-1] retorna uma lista com os 5 primeiros elementos de a tomados da esquerda para a direita  Obs.: Esta notação só existe nas versões de Python a partir da 2.3

Incrementos em Fatias  Exemplo >>> a = ['a', 2, 3, 'd', 'x'] >>> a [:3:2] ['a', 3] >>> a [::-1] ['x', 'd', 3, 2, 'a']

Incrementos em Fatias  Se um incremento de fatia é diferente de 1, uma atribuição à fatia deve ter o mesmo número de elementos: >>> l = [1,2,3,4,5] >>> l [0::2] = ['x','y','z'] >>> l ['x', 2, 'y', 4, 'z'] >>> l [0::2] = [6,7] Traceback (most recent call last): File "<pyshell#17>", line 1, in -toplevel- l [0::2] = [6,7] ValueError: attempt to assign sequence of size 2 to extended slice of size 3

Operador “in”  Permite saber se um elemento pertence a uma lista  Serve também para strings  Ex.: >>> lista = [1, 'a', 'bc'] >>> 1 in lista True >>> 2 in lista False >>> 'b' in lista False >>> 'b' in lista[2] True >>> 'bc' in 'abcd' True

Inicializando listas  Não é possível atribuir a uma posição inexistente de uma lista >>> vetor = [] >>> vetor [0] = 1 Traceback (most recent call last): File "<pyshell#21>", line 1, in -toplevel- vetor [0] = 1 IndexError: list assignment index out of range  Se uma lista vai ser usada como um array, isto é, vai conter um número predeterminado de elementos, é conveniente iniciá-la >>> vetor = [0]*10 >>> vetor [0] = 3 >>> vetor [3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

Usando None  No uso de estruturas de dados, às vezes é importante preencher uma posição com um valor “não válido”  A melhor opção para esse uso é empregar o valor especial None  Não faz parte de tipo nenhum  É melhor que usar 0, [] ou uma string vazia  Útil para criar uma lista “vazia” mas com um número conhecido de posições. Ex.: >>> lista = [None]*5 >>> lista [None, None, None, None, None]

Len, min e max  len (lista) retorna o número de elementos de lista  min (lista) e max (lista) retornam o menor/maior elemento de lista  Ex.: >>> lista = [1, 2, 9, 3, 4] >>> min(lista) 1 >>> len (lista) 5 >>> max (lista) 9 >>> max (['a', 'b', 'c']) 'c'

min e max  Na verdade, min e max podem ser usados também com vários argumentos ao invés de uma lista  Ex.: >>> min(1,2,3,4) 1 >>> max (3,4,5) 5 >>> max ([],[1],['a']) ['a']

A função list  Pode ser usada para converter uma string numa lista  É útil pois uma lista pode ser modificada, mas uma string, não  Para fazer a transformação inversa, pode-se usar o método join (veremos métodos mais tarde)  Ex.:  >>> lista = list('alo')  >>> lista  ['a', 'l', 'o']  >>> lista[1]='xx'  >>> lista  ['a', 'xx', 'o']  >>> ''.join(lista)  'axxo'

A função range  Retorna uma progressão aritmética de inteiros numa lista  Forma geral: range (início, parada, incremento)  início (opcional) é o primeiro valor a ser gerado (default: 0)  parada é o limite da progressão: a progressão termina no último valor antes de parada  incremento (opcional) é o passo da progressão (default:1)  Ex.: >>> range(3) [0, 1, 2] >>> range(2,5,2) [2, 4] >>> range(5,2,-2) [5, 3]

Comando for  Permite iterar sobre os elementos de uma lista  Forma geral: for var in lista : comandos  Os comandos são repetidos para cada valor de lista  Durante a repetição, var possui o valor corrente da lista  Uma grande utilidade da função range é construir a lista de iteração  Ex.: >>>for i in range(1,7): print i, 1 2 3 4 5 6

Comparando listas  Listas são comparadas lexicograficamente  Se duas listas são iguais até o k-ésimos elementos, o resultado da comparação depende da comparação entre os (k+1)-ésimos elementos  Se alguma das listas tem somente k elementos, então esta é a menor  Duas listas são iguais se e somente se têm o mesmo comprimento e todos os elementos de mesma posição são iguais  Uma lista é maior que um número mas menor que uma string  Não me pergunte por quê!

Comparando listas >>> [1,2] < [2, 3] True >>> [1,2] < [1, 2, 3] True >>> [1,2] != [1,2] False >>> min([[1],[2,3],[3,4],[]]) [] >>> max([[1],[2,3],[3,4],[]]) [3, 4] >>> min(0,[],"") 0 >>> max(0,[],"") ''

Variáveis do tipo list  Uma variável do tipo lista na verdade contém uma referência para um valor do tipo lista  Atribuir uma variável a outra, cria uma nova referência mas não uma nova lista  Para se criar um novo valor, pode-se usar uma expressão que retorne o valor desejado  Para saber se duas variáveis se referem ao mesmo valor pode-se usar o operador is

Variáveis do tipo list >>> a = b = [1,2,3] >>> c = a >>> d = c[:] >>> a is b True >>> c is b True >>> d is c False >>> a [1]=5 >>> b [1, 5, 3] >>> d [1, 2, 3]

A Classe list  Uma lista é na verdade um objeto de uma classe chamada list  Não vimos ainda programação OO, mas alguns pontos devem ser enfatizados  Listas possuem métodos que podem ser aplicados a elas  Um método é semelhante a uma função, mas são invocados de forma diferente: objeto.método(args)  Ex.: lista.reverse() inverte a ordem dos elementos da lista  Para saber todos os métodos de listas, escreva help(list)

Alguns métodos da classe list  append(elemento)  Acrescenta o elemento no fim da lista  Observe que a operação altera a lista, e não simplesmente retorna uma lista modificada  Ex.: >>> lista = [1,2] >>> lista.append(3) >>> lista [1, 2, 3] >>> lista.append([4,5]) >>> lista [1, 2, 3, [4, 5]]

Alguns métodos da classe list  count(elemento)  Retorna quantas vezes o elemento aparece na lista  Ex.: >>> [1,2,3,1,2,3,4].count(1) 2  extend(lista2)  Acrescenta os elementos de lista2 ao final da lista  OBS.: Altera a lista ao invés de retornar a lista alterada  Ex.: >>> lista=[1,2] >>> lista.extend([3,4]) >>> lista [1, 2, 3, 4]

Alguns métodos da classe list  index(elemento)  Retorna o índice da primeira ocorrência de elemento na lista  Um erro ocorre se elemento não consta da lista  Ex.: >>> lista = [9,8,33,12] >>> lista.index(33) 2 >>> lista.index(7) Traceback (most recent call last): File "<pyshell#3>", line 1, in -toplevel- lista.index(7) ValueError: list.index(x): x not in list

Alguns métodos da classe list  insert(indice, elemento)  insere elemento na lista na posição indicada por índice  Ex.: >>> lista = [0,1,2,3] >>> lista.insert(1,'dois') >>> lista [0, 'dois', 1, 2, 3]  Como o extend, altera a lista ao invés de retornar a lista  O valor retornado é None!  Atribuições a fatias servem para a mesma finalidade mas são menos legíveis >>> lista = [0,1,2,3] >>> lista [1:1] = ['dois'] >>> lista [0, 'dois', 1, 2, 3]

Alguns métodos da classe list  pop(índice)  Remove da lista o elemento na posição índice e o retorna  Se índice não for mencionado, é assumido o último  Ex.: >>> lista = [1,2,3,4] >>> lista.pop() 4 >>> lista [1, 2, 3] >>> lista.pop(1) 2 >>> lista [1, 3]

Alguns métodos da classe list  remove(elemento)  Remove da lista o primeiro elemento igual a elemento  Se não existe tal elemento, um erro é gerado  Ex.: >>> lista = ['oi', 'alo', 'ola'] >>> lista.remove('alo') >>> lista ['oi', 'ola'] >>> lista.remove('oba') Traceback (most recent call last): File "<pyshell#24>", line 1, in -toplevel- lista.remove('oba') ValueError: list.remove(x): x not in list

Alguns métodos da classe list  reverse()  Inverte a ordem dos elementos da lista  Ex.: >>> lista=[1,2,3] >>> lista.reverse() >>> lista [3, 2, 1]

Alguns métodos da classe list  sort(cmp=None, key=None, reverse=False)  Ordena a lista  Os argumentos são opcionais. Por default, a lista é ordenada crescentemente  Ex.: >>> lista = [9,8,7,1,4,2] >>> lista.sort() >>> lista [1, 2, 4, 7, 8, 9]

Alguns métodos da classe list  sort(cmp=None, key=None, reverse=False)  É possível obter a ordem inversa, passando True para o argumento reverse  Ex.: >>> lista = [9,8,7,1,4,2] >>> lista.sort(reverse=True) >>> lista [9, 8, 7, 4, 2, 1]  OBS.: A notação acima permite passar um argumento sem especificar os anteriores, mas poderíamos ter escrito: >>> lista = [9,8,7,1,4,2] >>> lista.sort(None,None,True) >>> lista [9, 8, 7, 4, 2, 1]

Alguns métodos da classe list  sort(cmp=None, key=None, reverse=False)  O argumento cmp especifica uma função de comparação  É uma função que o sort chama para definir se um elemento é anterior ou posterior a outro  A função a ser passada tem a forma comp(elem1,elem2) e deve retornar um inteiro negativo caso elem1 seja anterior a elem2, positivo caso elem2 seja anterior a elem1 e zero se tanto faz  Ex.: >>> def compara(elem1,elem2): return elem1%10 - elem2%10 >>> compara(100,22) -2 >>> lista=[100,22,303,104] >>> lista.sort(compara) >>> lista [100, 22, 303, 104]

Alguns métodos da classe list  sort(cmp=None, key=None, reverse=False)  O argumento key especifica uma função aplicada a cada elemento  Se for passada uma função f, em vez de ordenar os elementos baseado em seus valores v, ordena baseado em f(v)  Ex.: >>> lista = ['abc','de','fghi'] >>> lista.sort(key=len) >>> lista ['de', 'abc', 'fghi']

Matrizes  Listas podem ser usadas para guardar matrizes  Por exemplo, podemos criar uma matriz-identidade de 3x3 com o código: m = [] for i in range(3): m.append([0]*3) m[i][i]=1  Obs.: Não é boa idéia iniciar uma matriz assim: m = [[0]*3]*3 for i in range(3): m[i][i]=1 print m  Resultado:[[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]]  (Por quê?)

Construções Iterativas  É possível construir listas através de processos iterativos de forma concisa usando a forma [expressão iteração] onde  expressão indica como construir um elemento genérico da lista com base nas variáveis da iteração  iteração é uma ou mais cláusulas for eventualmente encadeadas com condições sob a forma de cláusulas if  (Veja também as ferramentas para programação funcional na aula sobre funções)

Exemplos >>> [i*2+3 for i in range(10)] [3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21] >>> [i*2+3 for i in range(10) if i%3==0] [3, 9, 15, 21] >>> [[int(i==j) for j in range(3)] for i in range(3)] [[1, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 1]] >>> v1 = [1,2,3] >>> v2 = [3,4,5] >>> [v1[i]*v2[i] for i in range(len(v1))] [3, 8, 15] >>> [a*b for a in v1 for b in v2] [3, 4, 5, 6, 8, 10, 9, 12, 15]

Exercícios  Escreva um programa que intercale os elementos de duas listas l1 e l2  Exemplo: para l1 = [1,2,4] e l2 = ['a','b','c','d','e'], o programa deve computar a lista [1,'a',2,'b',3,'c','d','e']  Escreva um programa para computar o produto de duas matrizes m1 e m2

Exercícios  Escreva um programa para computar o triângulo de Pascal até a linha n, onde n é um valor inteiro positivo lido da linha de comando  Lembre-se que o elemento na i-ésima linha e j-ésima coluna do triângulo de Pascal contém o número de combinações de i elementos j a j  O triângulo deve ser posto numa lista onde o i-ésimo elemento é uma lista com a i-ésima linha do triângulo  Ex: Quantas linhas? 7 [[1], [1, 1], [1, 2, 1], [1, 3, 3, 1], [1, 4, 6, 4, 1], [1, 5, 10, 10, 5, 1], [1, 6, 15, 20, 15, 6, 1]]

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