Python: коллекции, часть 2/4: индексирование, срезы

December 17th 2021

1. Индексирование

1.1 Индексированные коллекции

Рассмотрим индексированные коллекции (их еще называют последовательности — sequences) — список (list), кортеж (tuple), строку (string).

Под индексированностью имеется ввиду, что элементы коллекции располагаются в определённом порядке, каждый элемент имеет свой индекс от 0 (то есть первый по счёту элемент имеет индекс не 1, а 0) до индекса на единицу меньшего длины коллекции (т.е. len(mycollection)-1).

1.2 Получение значения по индексу

Для всех индексированных коллекций можно получить значение элемента по его индексу в квадратных скобках. Причем, можно задавать отрицательный индекс, это значит, что будем находить элемент с конца считая обратном порядке.

При задании отрицательного индекса, последний элемент имеет индекс -1, предпоследний -2 и так далее до первого элемента индекс которого равен значению длины коллекции с отрицательным знаком, то есть (-len(mycollection).

элементы	a	b	c	d	e
индексы	0 (-5)	1 (-4)	2 (-3)	3 (-2)	4 (-1)

	my_str = "abcde"
	print(my_str[0]) 		# a - первый элемент
	print(my_str[-1])		# e - последний элемент 
	print(my_str[len(my_str)-1]) 	# e - так тоже можно взять последний элемент
	print(my_str[-2]) 		# d - предпоследний элемент

Наши коллекции могут иметь несколько уровней вложенности, как список списков в примере ниже. Для перехода на уровень глубже ставится вторая пара квадратных скобок и так далее.

my_2lvl_list = [[1, 2, 3], ['a', 'b', 'c']]
print(my_2lvl_list[0])      # [1, 2, 3] - первый элемент — первый вложенный список
print(my_2lvl_list[0][0])   # 1 — первый элемент первого вложенного списка
print(my_2lvl_list[1][-1])  # с — последний элемент второго вложенного списка

1.3 Изменение элемента списка по индексу

Поскольку кортежи и строки у нас неизменяемые коллекции, то по индексу мы можем только брать элементы, но не менять их:

my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)
print(my_tuple[0])	  # 1
my_tuple[0] = 100         # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

А вот для списка, если взятие элемента по индексу располагается в левой части выражения, а далее идёт оператор присваивания =, то мы задаём новое значение элементу с этим индексом.

my_list = [1, 2, 3, [4, 5]]
my_list[0] = 10
my_list[-1][0] = 40
print(my_list)      	# [10, 2, 3, [40, 5]]

UPD: Примечание: Для такого присвоения, элемент уже должен существовать в списке, нельзя таким образом добавить элемент на несуществующий индекс.

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list[5] = 6      # IndexError: list assignment index out of range

2 Срезы

2.1 Синтаксис среза

Очень часто, надо получить не один какой-то элемент, а некоторый их набор ограниченный определенными простыми правилами — например первые 5 или последние три, или каждый второй элемент — в таких задачах, вместо перебора в цикле намного удобнее использовать так называемый срез (slice, slicing).

Следует помнить, что взяв элемент по индексу или срезом (slice) мы не как не меняем исходную коллекцию, мы просто скопировали ее часть для дальнейшего использования (например добавления в другую коллекцию, вывода на печать, каких-то вычислений). Поскольку сама коллекция не меняется — это применимо как к изменяемым (список) так и к неизменяемым (строка, кортеж) последовательностям.

Синтаксис среза похож на таковой для индексации, но в квадратных скобках вместо одного значения указывается 2-3 через двоеточие:

my_collection[start:stop:step]  # старт, стоп и шаг

Особенности среза:

Отрицательные значения старта и стопа означают, что считать надо не с начала, а с конца коллекции.
Отрицательное значение шага — перебор ведём в обратном порядке справа налево.
Если не указан старт [:stop:step]— начинаем с самого края коллекции, то есть с первого элемента (включая его), если шаг положительный или с последнего (включая его), если шаг отрицательный (и соответственно перебор идет от конца к началу).
Если не указан стоп [start:: step] — идем до самого края коллекции, то есть до последнего элемента (включая его), если шаг положительный или до первого элемента (включая его), если шаг отрицательный (и соответственно перебор идет от конца к началу).
step = 1, то есть последовательный перебор слева направо указывать не обязательно — это значение шага по умолчанию. В таком случае достаточно указать [start:stop]
Можно сделать даже так [:] — это значит взять коллекцию целиком
ВАЖНО: При срезе, первый индекс входит в выборку, а второй нет!
То есть от старта включительно, до стопа, где стоп не включается в результат. Математически это можно было бы записать как [start, stop) или пояснить вот таким правилом:
```
[ <первый включаемый> : <первый НЕ включаемый> : <шаг> ]
```
Поэтому, например, mylist[::-1] не идентично mylist[:0:-1], так как в первом случае мы включим все элементы, а во втором дойдем до 0 индекса, но не включим его!

Примеры срезов в виде таблицы:

Код примеров из таблицы

col = 'abcdefg'
print(col[:])       # abcdefg
print(col[::-1])    # gfedcba
print(col[::2])     # aceg
print(col[1::2])    # bdf
print(col[:1])      # a
print(col[-1:])     # g
print(col[3:4])     # d
print(col[-3:])     # efg
print(col[-3:1:-1]) # edc
print(col[2:5])     # cde

2.2. Именованные срезы

Чтобы избавится от «магических констант», особенно в случае, когда один и тот же срез надо применять многократно, можно задать константы с именованными срезами с пользованием специальной функции slice()()

Примечание: Nonе соответствует опущенному значению по-умолчанию. То есть [:2] становится slice(None, 2), а [1::2] становится slice(1, None, 2).

person = ('Alex', 'Smith', "May", 10, 1980)
NAME, BIRTHDAY = slice(None, 2), slice(2, None)       
	# задаем константам именованные срезы
        # данные константы в квадратных скобках заменятся соответствующими срезами
print(person[NAME])      # ('Alex', 'Smith')
print(person[BIRTHDAY])  # ('May', 10, 1980)

my_list = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
EVEN = slice(1, None, 2)
print(my_list[EVEN])     # [2, 4, 6]

2.3 Изменение списка срезом

Важный момент, на котором не всегда заостряется внимание — с помощью среза можно не только получать копию коллекции, но в случае списка можно также менять значения элементов, удалять и добавлять новые.

Проиллюстрируем это на примерах ниже:

Даже если хотим добавить один элемент, необходимо передавать итерируемый объект, иначе будет ошибка TypeError: can only assign an iterable
```
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
# my_list[1:2] = 20     # TypeError: can only assign an iterable
my_list[1:2] = [20]     # Вот теперь все работает
print(my_list)          # [1, 20, 3, 4, 5]
```

Для вставки одиночных элементов можно использовать срез, код примеров есть ниже, но делать так не рекомендую, так как такой синтаксис хуже читать. Лучше использовать методы списка .append() и .insert():

Срез аналоги .append() и insert()

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list[5:] = [6]      # вставляем в конец — лучше использовать .append(6)
print(my_list)         # [1, 2, 3, 4, 5, 6]
my_list[0:0] = [0]     # вставляем в начало — лучше использовать .insert(0, 0)
print(my_list)         # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
my_list[3:3] = [25]    # вставляем между элементами — лучше использовать .insert(3, 25)
print(my_list)         # [0, 1, 2, 25, 3, 4, 5, 6]

Можно менять части последовательности — это применение выглядит наиболее интересным, так как решает задачу просто и наглядно.

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list[1:3] = [20, 30]
print(my_list)          # [1, 20, 30, 4, 5]
my_list[1:3] = [0]      # нет проблем заменить два элемента на один
print(my_list)          # [1, 0, 4, 5]
my_list[2:] = [40, 50, 60]   # или два элемента на три
print(my_list)               # [1, 0, 40, 50, 60]

Можно просто удалить часть последовательности

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list[:2] = []    # или del my_list[:2]
print(my_list)      # [3, 4, 5]

2.4 Выход за границы индекса

Обращение по индексу по сути является частным случаем среза, когда мы обращаемся только к одному элементу, а не диапазону. Но есть очень важное отличие в обработке ситуации с отсутствующим элементом с искомым индексом.

Обращение к несуществующему индексу коллекции вызывает ошибку:

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(my_list[-10])       # IndexError: list index out of range
print(my_list[10])        # IndexError: list index out of range