004 programando em python - listas

Claudio Esperança
Python:
Listas

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 X 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 seqüência
>>> lista = [1, 'y', ['ab', 'CD']]
>>> lista [1:1] = ['z'] # slice vazio, acrescenta
>>> 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[5:0:-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

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

 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
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 os 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 # mesma referencia
>>> d = c[:] # clonando uma lista
>>> 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]]

 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]
>>> lista
[1, 2, 3, 4]
>>> lista[len(lista):] = [5,6,7]
>>> lista
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

 count(elemento)
 Retorna quantas vezes o elemento aparece na lista
 Ex.:
>>> [1,2,3,1,2,3,4].count(1)
2

 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)
lista.index(7)
ValueError: list.index(x): x not in 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]

 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]

 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')
lista.remove('oba')
ValueError: list.remove(x): x not in list

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

 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]

 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]

 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]

 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?)

Matrizes
 Quando Python cria uma nova lista usando *, ele
copia usand a referência: os elementos da lista
externa tem a mesma referência da lista interna
>>> innerlist=[0]*4
>>> listoflists=[innerlist]*5 # equivale a listoflists = [[0]*4]*5
>>> innerlist
[0, 0, 0, 0]
>>> listoflists
[[0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0]]
>>> innerlist[2]=1
>>> listoflists
[[0, 0, 1, 0], [0, 0, 1, 0], [0, 0, 1, 0], [0, 0, 1, 0], [0, 0, 1, 0]]

Matrizes
>>> listoflists=[[0]*4 for i in range(5)]
>>> listoflists
[[0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0,
0]]
>>> listoflists[0][2]=1
>>> listoflists
[[0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0,
0]]

Matrizes
>>> M = [[1,2,3], [4,5,6], [7,8,9]]
>>> M[1]
[4, 5, 6]
>>> M[2][2]
9
>>> diag = [M[i][i] for i in [0, 1, 2]]
>>> diag
[1, 5, 9]

Exercícios
 Escreva um programa que intercale os elementos de
duas listas l1 e l2
 Exemplo: para l1 = [1,2,3] 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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