Python速習ガイド - ステップ1 基本的な文法とデータ型 (6) - リスト (2)

「ステップ1 基本的な文法とデータ型」の続きです。

1.5. データをまとめる

1.5.1. リスト

リストの操作

存在チェック(in, not in)

• ある要素がリスト内に存在するかどうかを確認するためには、 in 演算子を使用します。

• not in演算子を使用すると、in演算子と逆の判定を行います。

スライス

• [開始位置:終了位置] のように範囲を指定して、リストの一部分を取得することができます。
  • このようにして取得できるリストの一部分のことを スライス といいます。
  • この場合、開始位置以上終了位置未満 (開始位置 <= x < 終了位置)の要素からなるスライスとなり、
    終了位置で指定したインデックスの要素は 含まれない ことに注意してください。

• 指定した範囲が実際のリストの範囲を超えている場合、
  エラーは発生せずに、指定範囲のうち実際の範囲内のスライスを返します。
  • 指定した範囲に値が1つも存在しない場合、空のリスト([])を返します。
  • スライスの場合、範囲外のインデックスを指定してもIndexErrorは発生しません。

• 「開始位置」を省略した場合([:終了位置])、先頭からのスライスとなります。
• 「終了位置」を省略した場合([開始位置:])、末尾までのスライスとなります。

• [開始位置:終了位置:ステップ数]のように指定すると、ステップ数で指定した個数飛びのスライスを取得します。

• 「ステップ数」にマイナスの数を指定すると、逆順のスライスを取得できます。
  • 後ろから逆順に進むため、開始位置以下終了位置超 (開始位置 >= x > 終了位置)
    の範囲のスライスとなります。終了位置の要素はスライスに含みません。

• マイナスのステップ数の場合、
  • 開始位置を空にすると、末尾からのスライスとなります。
  • 終了位置を空にすると、先頭までのスライスとなります。

スライスによる書き換え

• スライスを使用してリストの要素を書き換えることができます。

• サイズの異なるリストの代入もエラーが発生せずできてしまうため、注意してください。

リストのコピー

「1.4. 変数と代入」にて、変数は「ラベル」のようなものであると説明しました。
ここで、Pythonでよくある間違いを紹介して、変数が「ラベル」であることを示します。

上記コードを実行すると分かる通り、元の価格リスト(original_prices)も変化してしまっています。
この理由は、変数が「ラベル」であることを意識すると理解できます。

graph TD
    subgraph "ステップ3: 要素の変更"
        list3["[500, 1500, 5000]"]
        original_prices3[original_prices] --> list3
        new_prices3[new_prices] --> list3
    end
    
    subgraph "ステップ2: 新しい変数に代入"
        list2["[1000, 1500, 5000]"]
        original_prices2[original_prices] --> list2
        new_prices2[new_prices] --> list2
    end

    subgraph "ステップ1: 初期状態"
        list1["[1000, 1500, 5000]"]
        original_prices1[original_prices] --> list1
    end
    
    style list1 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style list2 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style list3 fill:#fff3bf,stroke:#ff0000,stroke-width:2px

このように、Pythonでは変数を新しい変数に代入した場合、
新しい変数にデータが移るのではなく、新しい変数も元のデータを指し示すラベルとなります。
(つまり、最初の変数も新しい変数もどちらも同じ元データを参照します。)

• リストをコピーするには、copy()メソッドを使用します。

graph TB
    %% ステップ1: 初期状態
    subgraph step1["ステップ1: 初期状態"]
        direction TB
        op1[original_prices] --> list1["[1000, 1500, 5000]"]
    end
    
    step1 --> step2
    
    %% ステップ2: copy()メソッド実行後
    subgraph step2["ステップ2: copy()メソッドを使ってリストをコピー"]
        direction TB
        op2[original_prices] --> list2["[1000, 1500, 5000]"]
        list2 -. "copy()" .-> list2_copy["[1000, 1500, 5000] (コピー)"]
        np2[new_prices] --> list2_copy
    end
    
    step2 --> step3
    
    %% ステップ3: 変更後
    subgraph step3["ステップ3: 新しいリスト側の要素を変更後"]
        direction TB
        op3[original_prices] --> list3["[1000, 1500, 5000]"]
        np3[new_prices] --> list3_copy["[500, 1500, 5000]"]
    end
    
    %% スタイル設定
    style list1 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style list2 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style list3 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style list2_copy fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style list3_copy fill:#fff3bf,stroke:#ff0000,stroke-width:2px
    linkStyle 3 stroke:#4285F4,stroke-width:2px

• 開始位置と終了位置を省略したスライス[:]でも同様にコピーすることができます。

しかし、copy() メソッドやスライス [:] でも問題が生じる場合があります。
以下でその例を紹介します:

これは、copy()メソッドやスライス[:]では、外側のリスト([..., ..., ...])は複製されても
内側の値(["apple", 120]など)は複製されず、元のリストと同じ値を参照してしまうためです。
このようなコピーのことを「浅いコピー (シャローコピー)」といいます。

graph TB
    %% ステップ1: 初期状態
    subgraph step1["ステップ1: 初期状態"]
        direction TB
        np1[name_and_prices] --> outer1["[..., ..., ...]"]
        outer1 --> apple1["['apple', 120]"]
        outer1 --> orange1["['orange', 150]"]
        outer1 --> grape1["['grape', 180]"]
    end
    
    step1 --> step2
    
    %% ステップ2: copy()メソッド実行後
    subgraph step2["ステップ2: copy()メソッドを使ってリストをコピー"]
        direction TB
        np2[name_and_prices] --> outer2["[..., ..., ...]"]
        nnp2[new_name_and_prices] --> outer2_copy["[..., ..., ...] (コピー)"]
        
        outer2 --> apple2["['apple', 120]"]
        outer2 --> orange2["['orange', 150]"]
        outer2 --> grape2["['grape', 180]"]
        
        outer2_copy --> apple2
        outer2_copy --> orange2
        outer2_copy --> grape2
    end
    
    step2 --> step3
    
    %% ステップ3: 変更後
    subgraph step3["ステップ3: 新しいリスト内の要素(リスト)の要素を変更後"]
        direction TB
        np3[name_and_prices] --> outer3["[..., ..., ...]"]
        nnp3[new_name_and_prices] --> outer3_copy["[..., ..., ...] (コピー)"]
        
        outer3 --> apple3["['apple', 120]"]
        outer3 --> orange3["['orange', 200]"]
        outer3 --> grape3["['grape', 180]"]
        
        outer3_copy --> apple3
        outer3_copy --> orange3
        outer3_copy --> grape3
    end
    
    %% スタイル設定
    style outer1 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer2 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer3 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer2_copy fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer3_copy fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    
    style apple1 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style orange1 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style grape1 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style apple2 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style orange2 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style grape2 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style apple3 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style orange3 fill:#ffc078,stroke:#ff0000,stroke-width:2px
    style grape3 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px

• 要素(リスト)内の要素を変更するのではなく、要素自体を(丸ごと)入れ替える場合は、
  「1.4.3. 変数への再代入」で説明した「ラベルの付け替え」操作となるため、元のリストには影響を与えません。

graph TB
    %% ステップ1: 初期状態
    subgraph step1["ステップ1: 初期状態"]
        direction TB
        np1[name_and_prices] --> outer1["[..., ..., ...]"]
        outer1 --> apple1["['apple', 120]"]
        outer1 --> orange1["['orange', 150]"]
        outer1 --> grape1["['grape', 180]"]
    end
    
    step1 --> step2
    
    %% ステップ2: copy()メソッド実行後
    subgraph step2["ステップ2: copy()メソッドを使ってリストをコピー"]
        direction TB
        np2[name_and_prices] --> outer2["[..., ..., ...]"]
        nnp2[new_name_and_prices] --> outer2_copy["[..., ..., ...] (コピー)"]
        
        outer2 --> apple2["['apple', 120]"]
        outer2 --> orange2["['orange', 150]"]
        outer2 --> grape2["['grape', 180]"]
        
        outer2_copy --> apple2
        outer2_copy --> orange2
        outer2_copy --> grape2
    end
    
    step2 --> step3
    
    %% ステップ3: 要素丸ごと入れ替え後
    subgraph step3["ステップ3: 新しいリストの1要素を丸ごと入れ替え後"]
        direction TB
        np3[name_and_prices] --> outer3["[..., ..., ...]"]
        nnp3[new_name_and_prices] --> outer3_copy["[..., ..., ...] (コピー)"]
        
        outer3 --> apple3["['apple', 120]"]
        outer3 --> orange3["['orange', 150]"]
        outer3 --> grape3["['grape', 180]"]
        
        outer3_copy --> apple3
        outer3_copy --> orange3
        outer3_copy -. "置き換え前" .-> grape3
        outer3_copy -- "置き換え後" --> banana3["['banana', 200]"]
    end
    
    %% スタイル設定
    style outer1 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer2 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer3 fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer2_copy fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    style outer3_copy fill:#fff3bf,stroke:#333,stroke-width:2px
    
    style apple1 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style orange1 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style grape1 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style apple2 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style orange2 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style grape2 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style apple3 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style orange3 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style grape3 fill:#ffc078,stroke:#333,stroke-width:2px
    style banana3 fill:#ffc078,stroke:#ff0000,stroke-width:2px

アンパック

• リストの要素をそれぞれ別の変数に代入したい場合、イコール(=)の左側に変数をカンマ(,)区切りで書くことで代入できます。
  • この操作のことを アンパック (unpack) といいます。

• 変数の数と代入値の要素数が異なる場合、ValueErrorが発生します。

• アンパック演算子 * を使うと、「最初の要素」と「その他」で分けるようなアンパックが可能です。
  (掛け算で使われる2項演算子の * とは異なり、変数の頭に*をつけます。)

• 複数のアンパック演算子 * を使ったアンパックは SyntaxError (構文エラー)が発生します。

• アンパックで使わない値はアンダースコア (_) で受け取ることができます。
  • これはその値を使わないということを明示するためのPythonでの慣習です。

bool関数による型変換

• リストにbool関数を適用すると、空のリスト([])の場合にFalse、それ以外にTrueを返します。