Индексирование в Python

Положительные и отрицательные индексы

Допустим у нас есть список или кортеж.

x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
t = (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)

Без потери общности будем работать только со списком х (с кортежем t – тоже самое).

Легко получить i-тый элемент этого списка по индексу.

Внимание! Индексы в Python считаются с нуля (0), как в С++ и Java.

>>> x[0]
0
>>> x[7]
7
>>> x[11]
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range

В последней строке мы вылезли за пределы (у нас в списке последний индекс – 10) и получили исключение IndexError.

Но что будет, если мы обратимся к элементу с отрицательным индексом? В С++ такой операцией вы бы прострелили себе ногу. А в Python? IndexError? Нет!

>>> x[-1]
10
>>> x[-2]
9
>>> x[-10]
1
>>> x[-11]
0

Это совершенно легально. Мы просто получаем элементы не с начала списка, а с конца (-i-тый элемент).
x[-1] – последний элемент.
x[-2] – предпоследний элемент.

Это аналогично конструкции x[len(x)-i]:

>>> x[len(x)-1]
10

Обратите внимание, что начальный (слева) элемент в отрицательной нотации имеет индекс -11.

Срезы

Срезы, они же slices, позволяют вам получить какую-то часть списка или кортежа.

Форма x[start:end] даст элементы от индекса start (включительно) до end (не включая end). Если не указать start – мы начнем с 0-го элемента, если не указать end – то закончим последним элементом (включительно). Соотвественно, x[:] это тоже самое, что и просто x.

>>> x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> x[2:8]
[2, 3, 4, 5, 6, 7]
>>> x[:8]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
>>> x[2:]
[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> x[:]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

Если end <= start, получим пустой список.

>>> x[5:3]
[]

Аналогично мы можем получать срезы с отчетом от конца списка с помощью отрицательных индексов.

>>> a = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> a[-4:-2]
[7, 8]

В этом случае также start < end, иначе будет пустой список.

Форма x[start:end:step] даст элементы от индекса start (включительно) до end (не включая end), в шагом step. Если step равен 1, то эта форма аналогична предыдущей рассмотренной x[start:end].

>>> x[::2]
[0, 2, 4, 6, 8, 10]
>>> x[::3]
[0, 3, 6, 9]
>>> x[2:8:2]
[2, 4, 6]

x[::2] – каждый второй элемент, а x[::3] – каждый третий. 

Отрицательный шаг вернет нам элементы в обратном порядке:

>>> x[::-1]
[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]

# как если бы:
>>> list(reversed(x))
[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]

# в обратном порядке с шагом 2
>>> x[::-2]
[10, 8, 6, 4, 2, 0]

Запись в список по срезу

Можно присвоить части списка, отобранной срезом, некоторый другой список, причем размер среза не обязан равняться размеру присваемого списка.

Если размеры равны (в примере два элемента в срезе и два элемента во втором списке) – происходит замена элементов.

>>> a = [1,2,3,4,5]
>>> a[1:3] = [22, 33]
>>> a
[1, 22, 33, 4, 5]

Если они не равны по размеру, то в результате список расширяется или сжимается.

>>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
# размер среза = 1 элемент, а вставляем два (массив расширился)
>>> a[2:3] = [0, 0]
>>> a
[1, 2, 0, 0, 4, 5]

# тут вообще пустой размер среза = вставка подсписка по индексу 1
>>> a[1:1] = [8, 9]
>>> a
[1, 8, 9, 2, 0, 0, 4, 5]

# начиная с элемента 1 и кончая предпоследним элементом мы уберем (присвоив пустой список)
>>> a[1:-1] = []
>>> a
[1, 5]

Именованные срезы

Можно заранее создавать срезы с какими-то параметрами без привязки к списку или кортежу встроенной функцией slice. А потом применить этот срез к какому-то списку.

>>> a = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
>>> LASTTHREE = slice(-3, None)
>>> LASTTHREE
slice(-3, None, None)
>>> a[LASTTHREE]
[3, 4, 5]

Вместо пустых мест для start, end или step здесь мы пишем None.

В заключение к этому разделу хочу сказать, что срезы списков возвращают списки, срезы кортежей – кортежи.

Индексирование своих объектов

В конце концов, мы можете определить самостоятельно поведение оператор индексации [], определив для своего класса магические методы __getitem__, __setitem__ и __delitem__. Первый вызывается при получении значения по индекса (или индексам), второй – если мы попытаемся нашему объекту что-то присвоить по индексу. А третий – если мы будет пытаться делать del по индексу. Необязательно реализовывать их все. Можно только один, например:

# при чтении по индексу из этого класса, мы получим удвоенных индекс
class MyClass:
    def __getitem__(self, key):
       return key * 2

myobj = MyClass()
myobj[3]  # вернет 6
myobj["privet!"] # приколись, будет: 'privet!privet!'

В качестве ключей можно использовать не только целые числа, но и строки или любые другие значения, в том числе slice и Ellipsis. Как вы будете обрабатывать их – решать вам. Естественно, логика, описанная в предыдущих разделах, здесь будет только в том случае, если вы ее сами так реализуете.

Пример. Экземпляр этого класса возвращаем нам список из целых чисел по индексу в виде срезу. Этакий бесконечный массив целых чисел, который почти не занимает памяти.

class IntegerNumbers:
  def __getitem__(self, key):
    if isinstance(key, int):
      return key
    elif isinstance(key, slice):
      return list(range(key.start, key.stop, key.step))
    else:
      raise ValueError

ints = IntegerNumbers() 
print(ints[10])  # 10
print(ints[1:10:2]) # [1, 3, 5, 7, 9]
print(ints["wwdwd"]) # так нельзя

Можно иметь несколько индексов. Ниже мы суммируем все значения индексов.

class MultiIndex:
  def __getitem__(self, keys): 
    # все индексы (если их 2 и больше попадут) в keys с типом tuple
    return sum(keys)  # просуммируем их

prod = MultiIndex()
print(prod[10, 20])  # напечает 30

Удачи в программировании и жизни!

Специально для канала PyWay.

Троеточие

Троеточие. Оно же многоточие, если по правилам, как утверждала наша учительница русского языка в школе и ставила нам двойки. Что тут сказать? Для некоторых все, что больше двух – уже много.

В питоне есть такая вещь:

...

Да это три простые точки подряд без пробелов.

Зачем она нужна и что это такое? Это Ellipsis, по-русски – оно самое «…точие». По-научному – это литерал встроенной константы (Ellipsis). Типа есть True, False, None, … и Ellipsis.

>>> ...
Ellipsis
>>> type(...)
<class 'ellipsis'>
>>> bool(...)
True

Т. е. троеточие это типа такое значение, которое вычисляется в константу Ellipsis, которая сама по себе равна себе же, имеет класс ellipsis и может быть приведена к bool=True, если надо.

Зачем она нужна? Да черт ее знает… Не припомню мест, где она используется в стандартной библиотеке.

Зато можно креативно использовать ее там, где у нас пустое тело класса или оператора (вместо pass).

class Test:
    pass

# красивее будет
# типа пока здесь пусто, но продолжение следует. загадочный и многозначительный код

class Test:
    ...

# или

if x == 5:
   ...  # я сюда еще чего-нить допишу потом
else: 
   print('not 5')

Можно троеточие передавать как значение аргумента ф-ции. Пример:

def foo(x):
    if x is Ellipsis:
        print('mda.....')
    else:
        print('x =', x)

foo(6)    # напечатает: x = 6
foo(...)  # напечатает: mda.....

Реальные применения троеточия встречаются в библиотеке для математических вычислений numpy.

Там он позволяет выбрать из многомерного массива подмассив, используя полную выборку по тем измерениям, которые не указаны конкретно. Сам не понял, что сказал, тут надо быть математиком!

В примере ниже у нас 4-х мерный массив. Мы фиксируем первый и последний индексы, а 2-й и 3-й будут выбраны полностью.

n[1,…,1] – эквивалент n[1,:,:,1]

>>> n = numpy.arange(16).reshape(2, 2, 2, 2)
>>> n
array([[[[ 0,  1],
         [ 2,  3]],

        [[ 4,  5],
         [ 6,  7]]],


       [[[ 8,  9],
         [10, 11]],

        [[12, 13],
         [14, 15]]]])
>>> n[1,...,1]            # equivalent to n[1,:,:,1]
array([[ 9, 11],
       [13, 15]])
>>> # also Ellipsis object can be used interchangeably
>>> n[1, Ellipsis, 1]
array([[ 9, 11],
       [13, 15]])

Не больше, чем синтаксический сахар, да и тот со привкусом стевии.

Еще одно редкое применение (с версии питона 3.5) – многоточие может пригодиться в подсказках для типов.

а) Для указание типа кортежа неопределенной длины с однородными типами элементов:

Tuple[int, ...]

б) Для указания типа вызываемого объекта, когда сигнатура параметров неизвестна. Пример:

def partial(func: Callable[..., str], *args) -> Callable[..., str]:
    # Body

Это, конечно, уже экзотика.

Может быть у тебя, мой милый читатель, есть идеи, как еще применить…