【Python】スライス理解の仕方

Pythonエンジニア認定基礎試験の勉強をしていたところ、
リストのスライスについて躓いたのでメモとして残します。

スライスとは

下記の通り、開始・終了・ステップを指定することで、リスト（厳密にはシーケンス型）の一部を切り取ることができる記法。

list[start:stop:step]

公式ドキュメントでの説明

公式ドキュメントでは下記の通り。

a[i:j:k] は、 x = i + n*k, n >= 0 かつ i <= x < j であるようなインデクス x を持つような a 全ての要素を選択します。

よくある説明

Pythonチュートリアルをはじめ、初学者向けには下記のように説明されることが多い。

下記の通り、各要素の区切り線に番号をふり、
startとstopで指定された区間に含むものを切り取るという考え方です。

スライスの使い方をおぼえる良い方法は、インデックスが文字と文字の あいだ (between) を指しており、最初の文字の左端が 0 になっていると考えることです。そうすると、 n 文字からなる文字列中の最後の文字の右端はインデックス n となります。例えばこうです:

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
 0   1   2   3   4   5   6
-6  -5  -4  -3  -2  -1

よくある説明の問題点

一見、この説明でほとんどのケースでは問題ありませんが、
stepが負となるケースについては下記の通り、
説明することができません。

list = ['P','y','t','h','o','n']
print(list[5:1:-1])   #['n', 'o', 'h', 't']

たどり着いた理解の仕方

そこで、自分であればどう説明するかと考えたのが下記の理解。

各パラメータの意味

start: 開始位置のインデックス(この点を含む)
end:終了位置のインデックス（この点は含まない）
step:何個横にずらして値を取得するか(初期値1)

要点としては、下記の通り、区切り線ではなくインデックスで理解をする

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
   0   1   2   3   4   5   6
  -6  -5  -4  -3  -2  -1

スライス操作のイメージ

1. startとendを比較し、区間に値が含まれるか判定する
   • stepが正の場合は start < end、負の場合は end < start　であればOK
   • 条件を満たさない場合は、空([])を返す
2. startの値と、startの値にstepを足し続け、「end以上」となる一つ手前まで値を取得する

例：

サンプル1（stepが正の場合）

list = ['P','y','t','h','o','n']
print(list[1:5:2])   

1. step > 0 かつ start < end なのでOK
2. list[1]のyを取得
3. [1]にstepの2を足すと[3]となる。[3]はend未満なので、list[3]のhを取得
4. [3]にstepを足すと、[5]となるが、[5]はendと等しくなるので取得しない

よって['y','h']

サンプル2（stepが負の場合）

list = ['P','y','t','h','o','n']
print(list[5:1:-1])   

1. step < 0 かつ start > end なのでOK
2. list[5]のnを取得
3. [5]にstepの-1を足すと[4]となる。[4]はend未満なので、list[4]のoを取得
4. [4]にstepの-1を足すと[3]となる。[3]はend未満なので、list[3]のhを取得
5. [3]にstepの-1を足すと[2]となる。[2]はend未満なので、list[2]のtを取得
6. [2]にstepを足すと、[1]となるが、[1]はendと等しくなるので取得しない

よって['n','o','h','t']

サンプル3（startとendの関係性が逆の場合）

list = ['P','y','t','h','o','n']
print(list[5:1:3])   

1. step > 0 だが start < end ではない。したがって、空

よって[]

おまけ（ChatGPTによる説明）

基本構文：
start: スライスを開始するインデックス（最初の要素は0）。省略するとリストの最初から始まります。
end: スライスを終了するインデックス。このインデックスの要素は含まれません。省略するとリストの最後まで取得されます。
step: 要素を何個飛ばしで取得するかを指定します。省略すると1（順番に取得）になります。

案外わかりやすい気もします。。。。