ساختن لیست‌های عددی

دلایل فراوانی برای ذخیره کردن مجموعه‌ای از اعداد وجود دارد. مثلاً شما نیاز دارید موقعیت‌های هر شخصیّت را در بازی ثبت کنید، همچنین شاید بخواهید بیشترین امتیاز بازیکن را هم ذخیره کنید. در بصری‌سازی داده تقریباً همیشه با مجموعه‌ای از اعداد، مانند دماها، فاصله‌ها، جمعیت‌ها، مقادیر طول و عرض جغرافیایی و دیگر انواع مجموعه‌های عددی سر و کار دارید.

لیست‌ها برای ذخیره کردن مجموعه‌های اعداد ایده‌آل‌اند و پایتون مجموعه‌ای از ابزارها را برای کار کردن بهینه با لیست‌های اعداد فراهم می‌آورد. زمانی که یاد گرفتید چگونه از این ابزارها به طور موثر استفاده کنید کد شما حتی برای لیست‌هایی شامل میلیون‌ها عضو نیز به خوبی کار خواهد کرد.

به‌کارگیری تابع range

دستور range() در پایتون ایجاد دنباله‌ای از اعداد را آسان می‌کند. برای مثال به کمک آن می‌توانید دنباله‌ای از اعداد را مانند زیر چاپ کنید:

1
2

for value in range(1, 5):
    print(value)

هر چند به نظر می‌رسد این کد باید اعداد ۱ تا ۵ را چاپ کند، امّا عدد ۵ را چاپ نمی‌کند:

1
2
3
4

1
2
3
4

در این مثال range() تنها اعداد ۱ تا ۴ را چاپ می‌کند. این یکی دیگر از نتایج رفتار یکی‌جا‌به‌جا است که در زبان‌های برنامه‌نویسی غالباً دیده می‌شود. تابع range() باعث می‌شود پایتون از اولین مقدار داده‌شده شروع به شمارش کند و با رسیدن به دومین عددی که تعیین کرده‌اید توقف کند. از آن‌جایی که این تابع قبل از رسیدن به دومین مقدار مشخّص‌شده توقف می‌کند خروجی هرگز شامل مقدار پایانی نخواهد بود که در این مثال عدد ۵ است.

برای چاپ کردن اعداد ۱ تا ۵ از range(1,6) استفاده می‌کنید:

1
2

for value in range(1, 6):
    print(value)

این بار خروجی از ۱ آغاز و به ۵ ختم می‌شود:

1
2
3
4
5

1
2
3
4
5

اگر هنگام استفاده از range() خروجی با آن‌چه انتظار دارید متفاوت است سعی کنید مقدار پایانی را یکی جابه‌جا کنید.

همچنین می‌توانید به تابع range() تنها یک نشان‌وند بدهید آن‌گاه این تابع دنباله‌ی اعداد را از صفر آغاز می‌کند. برای مثال range(6) اعداد ۰ تا ۵ را برمی‌گرداند.

استفاده از range() برای تولید لیستی از اعداد

اگر بخواهید لیستی از اعداد تولید کنید می‌توانید به کمک تابع list()، خروجیِ تابعِ range() را مستقیماً به لیست تبدیل کنید. زمانی که تابع range() را داخل list() قرار می‌دهید خروجی لیستی از اعداد خواهد بود.

در مثال بخش قبل به سادگی دنباله‌ای از اعداد را چاپ کردیم. می‌توانیم از list() برای تبدیل این مجموعه‌ی اعداد به لیست استفاده کنیم:

1
2

numbers = list(range(1, 6))
print(numbers)

و نتیجه به این شکل است:

1

[1, 2, 3, 4, 5]

همچنین می‌توانیم به کمک تابع range() از پایتون بخواهیم که برخی اعداد را در محدوده‌ی داده‌شده نادیده بگیرد. اگر ورودی سومی به range() بدهید، پایتون هنگام تولید اعداد آن مقدار را به عنوان طول گام در نظر می‌گیرد.

برای مثال اینجا نحوه‌ی تولید اعداد زوج بین ۱ تا ۱۰ را می‌بینیم:

1
2

even_numbers = list(range(2, 11, 2))
print(even_numbers)

در این مثال تابع range() از مقدار ۲ شروع می‌کند و سپس ۲ تا به آن اضافه می‌کند. این تابع تا زمان رسیدن یا گذشتن از مقدار پایانی، اینجا ۱۱، اضافه کردن ۲ را ادامه می‌دهد و این خروجی را تولید می‌کند:

1

[2, 4, 6, 8, 10]

به کمک تابع range() می‌توانید تقریباً هر نوع مجموعه‌ی عددی را تولید کنید. برای مثال فرض کنید که می‌خواهید لیست اوّلین ۱۰ عددِ مربّع را که توانِ دوی اعداد ۱ تا ۱۰ است تولید کنید. در پایتون دو علامت ستاره (**) بیانگر توان است. اینجا روشی نشان داده شده که شما هم احتمالاً برای قرار دادن ۱۰ عدد مربّع در یک لیست استفاده خواهید کرد:

1
2
3
4
5
6

squares = []
for value in range(1, 11):
    square = value ** 2
    squares.append(square)

print(squares)

در 1 از یک لیست تهی شروع می‌کنیم. در 2 به پایتون می‌گوییم که به کمک تابع range() در اعداد ۱ تا ۱۰ حلقه بزند. در 3 مقدار فعلی به توان ۲ رسیده و در متغیّر square ذخیره می‌شود. در 4، مقدار جدید square به لیست squares افزوده می‌شود. در نهایت با پایان یافتن حلقه لیست اعداد مربّع در 5 چاپ می‌شود:

1

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

برای مختصرتر نوشتن این کد می‌توانیم متغیّر موقّت square را حذف و مقادیر جدید را مستقیماً به لیست بیفزاییم:

1
2
3
4

squares = []
for value in range(1,11):
    squares.append(value**2)
print(squares)

کد در خط 1 همانند خط‌های 3 و 4 فایل squares.py کار می‌کند. هر کدام از مقدارها در حلقه به توان ۲ رسیده و بلافاصله به لیستِ اعدادِ مربّع افزوده می‌شود.

برای ساختن لیست‌هایی که پیچیده‌تر هستند می‌توانید از هر دو روش استفاده کنید. گاهی استفاده از متغیّر موقّت خوانایی برنامه را بیشتر و گاهی کد را بی‌دلیل طولانی می‌کند. ابتدا بر روی کدی تمرکز کنید که می‌توانید به روشنی آن را درک کنید و البته کاری را که می‌خواهید انجام می‌دهد. سپس همزمان با مرور کردن کد خود به دنبال رویکردهای بهینه‌تر بگردید.

محاسبات آماری ساده با لیستی از اعداد

تعدادی از دستورهای پایتون هنگام کار با لیست‌های عددی سودمندند. برای مثال به راحتی می‌توانید کمینه، بیشینه و مجموع یک لیست اعداد را به دست آورید:

1
2
3
4
5
6
7

>>> digits = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0]
>>> min(digits)
0
>>> max(digits)
9
>>> sum(digits)
45

تولید لیست به روش دربرداری

این رویکرد پیش از این برای تولیدِ لیستِ squares با سه یا چهار خط کد توضیح داده شد. روش دربرداری برای تولید لیست به شما امکان می‌دهد تا همین کار را تنها در یک خط انجام دهید. این روش حلقه‌ی for و ایجاد عناصر جدید را در یک خط ترکیب و هر عضو جدید را به طور خودکار اضافه می‌کند. ارائه کردن این روش به برنامه‌نویسانِ تازه‌کار معمولاً متداول نیست امّا اینجا آورده می‌شود چون شما به زودی و به محض آغازِ بررسیِ کدهای دیگران به آن برخواهید خورد.

مثال زیر ساختن لیستی مشابه با لیست اعداد مربّع را که پیش از این دیده‌اید نشان می‌دهد، امّا این بار با استفاده از روش دربرداری:

1
2

squares = [value**2 for value in range(1, 11)]
print(squares)

برای استفاده از این دستور، از یک نامِ گویا برای لیست، مثل squares، شروع کنید. حال یک کروشه باز کنید و برای مقادیری که می‌خواهید در لیست ذخیره کنید، عبارتی تعریف کنید. در این مثال این عبارت value**2 است که مقدارها را به توان ۲ می‌رساند. در ادامه یک حلقه‌ی for تعریف کنید تا اعدادِ ورودی به عبارتِ فوق را تولید کند. سرانجام کروشه را ببندید. حلقه‌ی for در این مثال for value in range(1,11) است که مقادیر ۱ تا ۱۰ را به عبارت value**2 می‌خوراند. توجّه کنید که در پایان حلقه‌ی for از دونقطه استفاده نشده است.

نتیجه مشابه همان لیستِ اعداد مربّعی است که پیش‌تر دیدید:

1

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

آشنایی با ساختن لیست با این روش کمی کار می‌برد امّا هنگامی که برای ساختن لیست‌های معمولی نیز آن‌ها را راحت یافتید درمی‌یابید که ارزش وقت گذاشتن را داشته است. هر گاه نوشتن سه یا چهار خط را برای ساختن لیست‌ها تکراری و خسته‌کننده دیدید به فکر ساختن لیست به این روش بیفتید.

خودآزمایی

شمردن تا ۲۰

از یک حلقه‌ی for برای شمردن از ۱ تا ۲۰، و خودِ ۲۰، استفاده کنید.

یک میلیون

لیستی از اعدادِ ۱ تا یک میلیون بسازید سپس به کمک حلقه‌ی for آن را چاپ کنید. (اگر نمایش خروجی طولانی شد آن را با فشردن Ctrl+C یا بستن پنجره‌ی خروجی متوقّف کنید.)

جمع کردن یک میلیون عدد

لیستی از اعداد ۱ تا یک میلیون بسازید سپس با کمک min() و max() مطمئن شوید که لیست واقعاً از ۱ شروع و به یک میلیون ختم می‌شود. سپس از sum() استفاده کنید تا دریابید پایتون چه‌قدر سریع می‌توان یک میلیون عدد را با هم جمع کند.

اعداد فرد

به کمک ورودی یا نشان‌وند سوم تابع range() لیستی از اعداد فرد بین ۱ تا ۲۰ درست کنید. سپس به کمک یک حلقه‌ی for آن را چاپ کنید.

مضارب ۳

لیستی از مضرب‌های ۳ بین ۳ و ۳۰ بسازید و با یک حلقه‌ی for اعداد داخل آن را چاپ کنید.

اعداد مکعّب

به عددی که به توان ۳ رسیده باشد مکعّب گویند. برای مثال مکعّب ۲ در پایتون با 3**2 نمایش داده می‌شود. لیستی از ۱۰ عدد مکعّب نخست (که مکعّب اعداد صحیح از ۱ تا ۱۰ است)، بسازید و با یک حلقه‌ی for این اعداد را نمایش دهید.

اعداد مکعّب به روش دربرداری

به کمکِ این روش لیستی از ۱۰ عدد مکعّب نخست تولید کنید.