#Python: Słowniki, listy, sety, kolekcje… i tablice.

Manipulowanie danymi w języku Python nie ogranicza się do struktur prostych wartości, czy list. W niniejszym materiale uporządkujemy sobie nieco informacje o tych strukturach. Jest to przydatne przed przejściem na wyższy poziom tj. do klas.

Wartości proste zapisywane są w zmiennych w sposób przyporządkowania wartości będącej jednym z typów: całkowitych [int], zmiennoprzecinkowych [double], logicznych [boolean], ciągów znakowych [str]. W ten sposób tworzy się obiekt, którego jedną z cech jest interesująca nas wartość do której odnosimy się w naszych programach. Typy złożone są przypisaniem struktury składającej się z wielu typów prostych lub innych typów złożonych. Założeniem ich istnienia jest albo elastyczne zarządzanie wieloma elementami potrzebnymi nam w programie, albo zgrupowanie określonych danych w jednej strukturze np. dla ich archiwizacji w pliku.

Do tej pory nie nazywaliśmy ich zbytnio i używaliśmy ich podchodząc do tego tematu intuicyjnie. Najwyższy czas by porozmawiać o tych strukturach. Dokumentacja Pythona przewiduje ich kilka rodzajów w zależności od potrzeb programistycznych. Na pierwszy ogień pójdzie nowa struktura, a mianowicie słowniki.

Dict – słowniki

Są one bardzo użytecznym elementem, który umożliwia wprowadzenie do programu przyporządkowanych par:: klucz:wartość. Używając w kodzie programu <<klucza>>, umieszcza się z automatu jego wartość. Najprostszym chyba przykładem dla zrozumienia słowników jest liczba Pi¹nie musimy w Pythonie tworzyć nowego przyporządkowania dla Pi, bo już istnieje w module math.pi, ale stanowi ta liczba dobry przykład tutaj.. Możemy stworzyć słownik stałych matematycznych, wartości charakterystycznych dla np. branży budowlanej itp., których wartości będą określone z góry, i do których będziemy mogli się w programie odwoływać.

slownik = { 'Pi':3.14159}
print(slownik['Pi'])

Można także na tej podstawie stworzyć np. prostą książkę telefoniczną:

telefony = { 'Tomek':601342665, 'Marek':785444918, 'Jola':501667582}

print(telefony['Marek'].__format__('_'))

lub odnieść się to wspomnianych już danych budowlanych tworząc słownik… klas betonu²Przykład pożyczony z: https://oprojektowaniu.pl/python-dla-inzynierow-slowniki/.

# Klasy betonu wg EC2
concrete_fck = {'C20/25': 20, 'C25/30': 25}

# I teraz łatwo można sprawdzić jaką wartość fck ma dana klasa betonu, np.:
print(concrete_fck['C25/30'])  # wywołanie watości fck odpowiadającej danej klasie betonu

# Sprawdzenie ilości elementów słownika:
print(f'Ilość elementów słownika o betonie to {concrete_fck.__len__()}')

#Sprawdzenie czy słownik zawiera taki klucz:
print(f'Czy w słowniku znajduje się klasyfikacja betonu C25/30? {concrete_fck.__contains__('C25/30')}')

#Dodawanie nowej pary do słownika:
concrete_fck['C30/37']= 30   ##UWAGA: concrete_fck={'C30/37',30} to skasowanie poprzedniego słownika i stworzenie nowego z 1 elementem!

#Skasowanie jednego klucza (z jego wartością) ze słownika
del(concrete_fck['C30/37'])

#Wypisanie wszystkich kluczy i ich wartości
print(*concrete_fck.keys())
print(*concrete_fck.values())

Zadanie 1: Zaproponuj własną strukturę słownikową

Należy pamiętać, że klucze w słowniku muszą być unikalne. Próba przypisania pary z kluczem już istniejącym, to de facto nadanie nowej wartości kluczowi.

List – listy

Listy zawierają elementy oraz metody manipulacji nimi… i to jest najprostsza definicja listy.

zebrane_owoce=['jabłko','gruszka','gruszka','jabłko','jabłko']

# błędna próba dodawania elementów do listy!
zebrane_owoce.__add__(['śliwka'])
#poprawna metoda dodawania elementów do listy
zebrane_owoce.append('śliwka')

#wyświetlenie elementów i ilości elementów na liście
print(*zebrane_owoce)
print(zebrane_owoce.__len__())

#Wyświetlenie pierwszego wystąpienia elementu o wskazanej wartości
print(zebrane_owoce.index('gruszka'))
#Policzenie ile jest elementów o tej samej wartości w liście
print(zebrane_owoce.count('gruszka'))

#sortowanie listy
zebrane_owoce.sort()
print(*zebrane_owoce)
#sortowanie malejące
zebrane_owoce.reverse()

#usunięcie elementu spełniającego warunek, że jesz to 'gruszka'
zebrane_owoce.remove('gruszka')

#pobranie/zdjęcie (czyli usunięcie go) ostatniego elementu z listy
print(zebrane_owoce.pop())

#pobranie/zdjęcie 4 elementu na liście
print(zebrane_owoce.pop(3))

Dostępne metody – te najczęściej potrzebne przedstawione są na powyższych przykładach.

Zadanie 2: Stwórz przykładową listę, dodaj do niej minimum 20 elementów; 10 w programie, i kolejne poprzez odpytanie użytkownika z klawiatury.

a) Niech program sprawdzi, czy są duplikaty na liście, jeśli tak – usunie je,

b) Niech program poda liczbę kardynalną (moc zbioru) pierwotnej listy, a następnie liczbę kardynalną listy zredukowanej (bez duplikatów),

c) Niech program poda dla każdego elementu listy ilość duplikatów, jakie posiadała lista pierwotna.

Set – kolekcja

Kolekcja jest podobna do listy, jest nieuporządkowanym zbiorem różnych elementów. Ważną różnicą jest to, że nie posiada zduplikowanych elementów. Próba dodania do kolekcji elementu, który już w niej jest umieszczony kończy się brakiem efektu.

zebrane_owoce={'jabłko','gruszka','gruszka','jabłko','jabłko','pomarańcza','truskawka','arbuz'}
print(*zebrane_owoce)

Ciekawym jest proces tworzenia set’u – wystarczy uruchomić powyższy program kilkukrotnie i zaobserwować wyniki.

#test czy malina jest w kolekcji:
if ('malina' in zebrane_owoce):  print("malina jest w secie")
else: print("maliny brak")

Tworzenie set’u jest też możliwe jako obiekt pusty za pomocą polecenia set(). Tak samo tworzymy set z wykorzystaniem tegoż polecenia:

zestaw=set({'pamięć','pamięć','płyta główna','procesor','karta grafiki','SSD'})
#set nie ma możliwości posortowania elementów, ale nic nie szkodzi, abyśmy stworzyli tę możliwość na potrzeby nasze sortując pobraną listę elementów set'u (sortujemy listę, nie set)
print(*sorted(zestaw,reverse=True),sep=', ')
print(*zestaw,sep=', ')

Optymalizowane zadania wykonywane na setach umożliwiają szybkie i efektywne stworzenie np. alfabetu (znaków użytych w) ciągu.

alfabet=set('Ala ma kota Bonifacego, a kot ma mysz imieniem Zofia')
print(*sorted(alfabet))

###wynik poniżej:
  , A B Z a c e f g i k l m n o s t y z
### Uwaga: spacja jest też znakiem użytym.

Sety są idealnym materiałem do realizacji matematycznych operacji na zbiorach – umożliwiają sumowanie zbiorów, przecięcie zbioru (część wspólna), różnicę zbioru, różnicę symetryczną itp.

###################################   przecięcie dwu zbiorów (AND)
alfabet=set('Ala ma kota Bonifacego, a kot ma mysz imieniem Zofia')
#zadanie - wyświetl wszystkie litery alfabetu ciągu, bez rozróżniania na duże/małe:
print(*sorted(alfabet & set(string.ascii_lowercase)),sep=', ')

###wynik poniżej:
a, c, e, f, g, i, k, l, m, n, o, s, t, y, z

###################################   suma dwu zbiorów (OR)
set_nieparzystych={1,3,5,7,9}
set_parzystych={0,2,4,6,8}

print(*sorted(set_parzystych | set_nieparzystych ),sep=', ')

#Wynik: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

################################### różnica dwu zbiorów
set_10int=set(range(0,10))
set_nieparzystych={1,3,5,7,9}
set_parzystych={0,2,4,6,8}

print(*sorted(set_10int - set_nieparzystych ),sep=', ')   #pierwszy sposób
print(*set_10int.difference(set_nieparzystych),sep=', ')  #drugi sposób
#Wynik: 0, 2, 4, 6, 8

###################################   różnica symetryczna (XOR - ALBO)
print(*set(set_10int ^ set_nieparzystych),sep=', ')       # trzeci sposób na poprzednie zadanie z wykorzystaniem różnicy symetrycznej

#Wynik: 0, 2, 4, 6, 8

###################################
zdanie1=set('ABECADŁO')
zdanie2=set('CAD')

print(*sorted(zdanie1 ^ zdanie2 ),sep=', ')
#Wynik: B, E, O, Ł

Zadanie 3: Niech program pobiera dwa zdania od operatora.

Napisz procedurę obliczającą Indeks Jaccarda dla tych zbiorów (podobieństwo),

Zadanie 4: Niech program pobiera od użytkownika dowolne zdanie.

Napisz procedurę obliczającą Współczynnik Sørensena dla dwu próbek pod względem użycia spółgłosek i samogłosek

Tuples – krotki