アルゴリズムとPythonについて書いていきます。

目次
0.アルゴリズムとは
1.リストとは
2.リストの使いかた
　2-0.リストの作成
　2-1.リスト内包表記
　2-2.他のデータ型からリストをつくる
　2-3.要素の取得
　2-4.要素の更新
　2-5.要素の追加
　2-6.要素の削除
　2-7.要素の並べ替え
　2-8.リストのリスト
　2-9.リストの結合
　2-10.その他の操作

#0.アルゴリズムとは

計算や作業をするための手順のことです。
短時間で効率的に処理をすることを目指します。

#1.リストとは

データ構造の1つで、データを一直線に並べた構造をしています。
大量のデータを扱うアルゴリズムではよく使われます。
リストはデータの追加や削除がしやすい反面、アクセスに時間がかかります。

Point　:　データ構造
データをコンピュータのメモリにいれる時に、データの順番や位置関係などを定めたものです。

###1-0.Pythonとリスト

Pythonでは、配列よりもリストを使うことが多いです。
リストの要素は、任意のPythonオブジェクトで良いです。
そして、要素の型は統一しなくて良いです。

Point　:　配列
データ構造の1つで、データを一列に並べるものです。
データへのアクセスは簡単に行える反面、追加や削除には手間がかかります。

#2.リストの使いかた

###2-0.リストの作成

◯リストの名前 = []という形でリストをつくります。

.py

#要素がない空のリストをつくる
color_list = []

もちろん最初から要素を入れてつくることもできます。
その場合は、下のようにカンマで区切って要素を入れます。

.py

#リストに要素をいれる
color_list = ['Red','Yellow','Green']

###2-1.リスト内包表記

◯様々な種類のリストを効率的につくるために、リスト内包表記が使われます。

####リスト内包表記とは

◯リストをつくる方法の1つです。
[リストに格納する要素 for 要素 in イテラブルオブジェクト]という形で定義します。
リストに格納する要素は、要素を使用した式です。
イテラブルオブジェクトは、要素を1つずつ取り出すことのできるオブジェクトのことです。

####リスト内包表記の使用例

◯range()関数はイテラブルオブジェクトを返します。

ex0.py

#1以上10未満の整数を1つずつ取り出して、その値をnumbersリストに格納する
numbers = [number for number in range(1,10)]
print(numbers)

.py

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

ex1.py

#1以上10未満の整数を1つずつ取り出して、それに2をかけた値をnumbersリストに格納する
numbers = [number * 2 for number in range(1,10)]
print(numbers)

.py

[2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

ex2.py

#1以上10未満の整数を1つずつ取り出して、偶数の値のみをnumbersリストに格納していく
numbers = [number for number in range(1,10) if number % 2 == 0]
print(numbers)

.py

[2, 4, 6, 8]

ex3.py

#文字列のリスト
list_1 = ['1','2','3']
#文字列のリストlist_1から要素を1つずつ取り出して、整数にしてからリストnumbersに格納する
numbers = [int(i) for i in list_1]
print(numbers)

.py

[1, 2, 3]

ex4.py

#取り出した要素が奇数ならばそのまま格納して偶数ならば2乗してから格納する
numbers = [i if i % 2 == 1 else i**2 for i in range(10)]
print(numbers)

.py

[0, 1, 4, 3, 16, 5, 36, 7, 64, 9]

###2-2.他のデータ型からリストをつくる
####list()関数を使ったリストの作成

◯list()関数を使えば、他のオブジェクトをリストにすることができます。

.py

#文字列をリストに変換する
list('book')

.py

#文字列をリスト化した場合、文字の1つ１つがリストの要素となる
['b','o','o','k']

####split()関数を使ったリストの作成

◯split()関数を使えば、何らかのセパレータ文字列に基づいて、文字列を分割してリストにすることができます。

.py

#オブジェクト　birthday　に中身をいれる
birthday = '29/9/1993'
#どこで分割したいかを決めて(今回はスラッシュ = /)分割する
birthday.split('/')

.py

['9','29','1993']

###2-3.要素の取得

####[offset]を使った要素の取得

◯[offset]を使ってリストから要素を取り出すことができます。
一番左の要素のオフセットは、0であることに注意してください。

.py

#文字列を要素に持つリストをつくる
color_list = ['Red','Yellow','Green']
#オフセットで指定したリストの要素を取得する
print(color_list[0])
print(color_list[2])
print(color_list[-1])

.py

'Red'
'Green'
'Green'

リストの要素数が多い場合などは、リストの後ろから、-1,-2...という風にインデックスを使って、要素を指定することができます。

今回の場合では、文字列'Green'をオフセットを使って、左から指定する場合は、color_list[2]となり、リストの最後から負のインデックスを使って、指定する場合は、color_list[-1]となります。

####enumerate()関数を使った要素とインデックスの取得

◯enumerate()関数を使うと、効率的に要素とインデックスを取得することができます。

enumerate0.py

#オブジェクト(変数)sに文字列を代入する
s = 'TOKYO'
#forループを使って、効率的に要素(item)とそのインデックス(offset)を取得する
for (offset,item) in enumerate(s):
    print(item,' のインデックスは　',offset)

T のインデックスは 0
O のインデックスは 1
K のインデックスは 2
Y のインデックスは 3
O のインデックスは 4

enumerate1.py

#色の要素のリストをつくる
color_list = ['Red','Yellow','Green','Blue','White']

#リストから要素(文字列)とそのインデックスを取得する
for i,color in enumerate(color_list):
    print(color,' は ',i,' 番目です')

Red は 0 番目です
Yellow は 1 番目です
Green は 2 番目です
Blue は 3 番目です
White は 4 番目です

####スライスを使った複数の要素の取得

◯スライスを使って複数の要素を取り出すことができます。
リストをスライスしたものもリストになります。

[start:end]で要素を取得する場合は、オフセットでstartからend-1までの要素を取得します。("2-3.要素の更新"にスライスの詳しい説明があります。)

.py

alphabet = ['A','B','C','D','E']

slice0.py

#オフセットで、0から2(3-1)の要素を取得することができます。
alphabet[0:3]

.py

['A', 'B', 'C']

####ステップを使った複数の要素の取得

slice1.py

#リストの先頭から2つ分のステップ(一つおきに)で要素を取得する
alphabet[::2]

.py

['A', 'C', 'E']

◯マイナスを使うと末尾から要素を取得することができます

slice2.py

#リストの末尾から2つ分のステップ(一つおきに)で要素を取得する
alphabet[::-2]

.py

['E', 'C', 'A']

◯ステップを応用するとリストの要素を逆順にすることができます↓

slice3.py

#リストの要素を末尾から順に取得する
alphabet[::-1]

.py

['E','D','C','B','A']

###2-4.要素の更新

####[オフセット]を使った要素の書き換え

.py

#アジアの国名のリストをつくる
asian_countries = ['China','India','Japan']

#リストの左から2番目の要素に'Russia'を代入する
asian_countries[1] = 'Russia'
print(asian_countries)

####スライスを使った要素の更新

◯スライスを使えば、指定した範囲にある要素を取得して、それを置き換えることができます。

[:]先頭から末尾までの要素を取得する
[start:]startオフセットから末尾までの要素を取得する　
[:end]先頭からend-1オフセットまでの要素を取得する
[start:end]startオフセットからend-1オフセットまでの要素を取得する
[start:end:step]startオフセットから、stepごとに、end-1オフセットまでの要素を取得する。

#####[:]を使った要素の更新

◯リストを丸々更新します。

.py

numbers = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]

#先頭から末尾まで全ての要素を取得して、置き換えます。
numbers[:] = ['one','two','three','etc']
print(numbers)

.py

['one','two','three','etc']

#####[start:]を使った要素の更新

◯指定した場所から末尾までの要素を置き換えます。
代入のようなイメージです。

.py

numbers = ['one','two','three','etc']

#オフセット3から末尾までの要素を指定して置き換える
numbers[3:] = ['four','five','six']
print(numbers)

.py

['one', 'two', 'three', 'four', 'five', 'six']

#####[:end]を使った要素の更新

◯先頭からend-1までの要素を取得して置き換えます。

.py

numbers = [4,5,6,7,8,9]

#先頭からend-1、つまり0から-1の範囲の要素を取得して置き換えます。
#-1から0までのスペースにリスト[1,2,3]を代入するイメージです。
numbers[:0] = [1,2,3]
print(numbers)

.py

[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

#####[start:end]を使った要素の更新

◯オフセットで、start　<=　要素　<　end　の範囲を取得して、置き換えます。

.py

numbers = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]

#オフセットで、0から2(3-1)までの範囲の要素を取得して、置き換えます。
numbers[0:3] = ['one','two','three']
print(numbers)

.py

['one', 'two', 'three', 4, 5, 6, 7, 8, 9]

#####[start : end : step] を使った要素の更新

◯startからend-1の範囲で、stepごとに要素を取得して置き換えます。

.py

numbers = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]

#オフセット2から3つおきに要素を取得して、それをリスト['three','six','nine']と置き換えます。
numbers[2::3] = ['three','six','nine']
print(numbers)

.py

[1, 2, 'three', 4, 5, 'six', 7, 8, 'nine']

###2-5.要素の追加

####append()関数を使った要素の追加

◯末尾に要素を追加します。

ex0.py

#アジアの国名のリストをつくる
asian_countries = ['China','India','Japan']

#末尾に要素を追加する
asian_countries.append('Russia')
print(asian_countries)

.py

['China', 'India', 'Japan','Russia']

####insert()関数を使った要素の追加

◯オフセットを使って、指定した場所に要素を追加します。

.py

asian_countries = ['China','India','Japan']

#リストのオフセット2のところに文字列'Indonesia'を追加する。
asian_countries.insert(2,'Indonesia')

.py

['China', 'India', 'Indonesia', 'Japan']

###2-6.要素の削除

####delと[オフセット]を使った要素の削除

◯del リストの名前[オフセット]という形で、指定した要素を削除します。

.py

asian_countries = ['China','India','Indonesia','Japan']

#delはPythonの文で、代入(=)の逆のようなもの。
#delはメソッドではない
del asian_countries[2]
print(asian_countries)

.py

['China','India','Japan']

####remove()関数を使った要素の削除

◯消したい要素がどこにあるかわからない場合などに使います。

.py

asian_countries = ['China','India','Indonesia','Japan']

#要素を指定して削除する
asian_countries.remove('Indonesia')
print(asian_countries)

.py

['China','India','Japan']

####pop()関数を使った要素の削除

◯リストから要素を取り出し、それと同時にその要素を削除することができます。

.py

asian_countries = ['China','India','Indonesia','Japan']

#要素を指定して削除する
print(asian_countries.pop(2))

.py

Indonesia

.py

print(asian_countries)

.py

['China','India','Japan']

###2-7.要素の並べ替え

####sort()関数を使った並べ替え

◯その場でリストをソートします。デフォルトは昇順です。文字列の場合は、アルファベット順です。

.py

alphabet = ['A','E','D','C','B']

#並べ替える文字列は全て同じ型である必要がある
alphabet.sort()
print(alphabet)

.py

['A', 'B', 'C', 'D', 'E']

####sorted()関数を使った並べ替え

◯リストをコピーしてそれをソートします。なのでリストのオリジナルは変更されません。

.py

#整数と浮動小数点数は、混じっていてもソートできる
numbers = [ 2 , 1.5 , 1 , 0 , 0.5 , 2.5]

#新しいリストsorted_numbersをつくって
#numbersリストをソートしたものを代入する
sorted_numbers = sorted(numbers)

print('sorted_numbers =' , sorted_numbers)
print('numbers =' , numbers)

.py

sorted_numbers = [0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5]
numbers = [2, 1.5, 1, 0, 0.5, 2.5]

###2-8.リストのリスト

◯Pythonのリストは、Pythonオブジェクトを要素とすることができます。
なので、リストそのものも、他のリストの一要素として扱うことができます。

.py

#国の名前のリストをつくる
asia = ['China','India','Indonesia']
americas = ['USA','Brazil','Mexico']
africa = ['Nigeria','Ethiopia','Egypt']
#リストを含むリストをつくる
countries = [asia,americas,africa,'Japan']

ex0.py

#リストを含むリストを表示する
print(countries)

.py

[['China', 'India', 'Indonesia'], ['USA', 'Brazil', 'Mexico'], ['Nigeria', 'Ethiopia', 'Egypt'], 'Japan']

ex1.py

#オフセットでリストの中の要素を指定する
print(countries[0])

.py

['China', 'India', 'Indonesia']

◯countriesリストの中のオフセット1の要素(americasリスト)中の、オフセット2の要素を取得します

ex2.py

#2段階で要素を指定する
print(countries[1][2])

.py

Mexico

###2-9.リストの結合

####extend()関数を使ったリストの結合

◯extend()関数を使って、2つのリストを結合します。
リストの中の要素が全て1つのリストの中に入ります。

.py

list1 = ['a','b','c']
list2 = ['d','e','f']

#2つのリストを結合して新しいリストにする
list1.extend(list2)
print(list1)

.py

['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f']

####+=を使ったリストの結合

◯**+=**を使って、2つのリストを結合します。

.py

list_a = [1,2,3]
list_b = [4,5,6]

#2つのリストを結合して新しいリストにする
list_a.extend(list_b)
print(list_a)

.py

[1,2,3,4,5,6]

※同じ状況で、append()を使ったら、リストが一つの要素として、他のリストに追加されます。

.py

list_a = [1,2,3]
list_b = [4,5,6]

#リストが一要素として他のリストに追加される
list_a.append(list_b)
print(list_a)

.py

[1,2,3,[4,5,6]]

###2-10.その他の操作

####index()関数を使ったオフセットの取得

◯要素のオフセットを知りたい場合に使います。

.py

asian_countries = ['China','India','Indonesia','Japan']

#文字列'Japan'のオフセットを取得する
print(asian_countries.index('Japan'))

.py

####inを使った値の有無のテスト

.py

asian_countries = ['China','India','Indonesia','Japan']

#ある値がリストの中にあるかどうかを知る
print('Japan' in asian_countries)
print('Russia' in asian_countries)

.py

True
False

####count()関数を使った、値の個数の計算

.py

#文字列をリスト化したものを変数charactersに代入する
characters = list('personal_computer')
print(characters)

['p', 'e', 'r', 's', 'o', 'n', 'a', 'l', '_', 'c', 'o', 'm', 'p', 'u', 't', 'e', 'r']

#charactersというリストの中に 'o' がいくつ含まれているかを調べる
print(characters.count('o'))

.py

####len()関数を使った長さの取得

.py

#リストcharactersの要素の数を調べる
print(len(characters))

.py

#最後に

読んでいただきありがとうございました。
次はリストについてもう少し詳しく書いていきたいと思います。
間違いや改善点などございましたら、ご指摘の程よろしくお願い致します。