Python AtCoder 入門 第６講 タプルと内包表記

Python AtCoder入門 第6講 タプルと内包表記 第5講でリストを一通り扱えるようになりました。 この講では、リストの兄弟にあたる タプル と、リストを短く作る 内包表記 を学びます。 1

今回のテーマ タプルと内包表記は、どちらも データをまとめて扱うための道具 です。 この先の講で繰り返し必要になる前提知識です。 2

この講のゴール この講では、次を身につけます。 タプルの作り方 アンパック タプルが必要になる場面 リスト内包表記 入力処理での内包表記 ジェネレータ式 3

コードファイル名の方針 この講でも、コード例ごとにファイル名を付けます。 tuple_basic.py points_set.py list_comprehension.py grid_init.py generator_sum.py answer_6_1.py 4

6-1 タプルの基本 タプルは、丸括弧 ( ) で作ります。 t = (3, 7) print(t) print(t[0]) print(t[1]) リストと同じように、インデックスでアクセスできます。 5

tuple_basic_access.py t = (3, 7) print(t) print(t[0]) print(t[1]) 出力： (3, 7) 3 7 6

リストと同じように使える部分 タプルでも、次の操作はリストと同じです。 インデックスでアクセス len() で長さを取る for で順に取り出す t = (3, 7) print(len(t)) 7

括弧は省略できる 実は、タプルの括弧は省略できます。 t = 3, 7 これもタプルです。 カンマがあればタプルになる と覚えてください。 8

one_tuple.py 要素が1つのタプルを作るときは、末尾のカンマが必要です。 a = (3) b = (3,) print(type(a)) print(type(b)) 出力： <class 'int'> <class 'tuple'> 9

tuple変換 tuple() を使うと、リストなどをタプルに変換できます。 A = [3, 1, 4] t = tuple(A) print(t) 出力： (3, 1, 4) 10

list変換 逆に、 list() を使えばタプルからリストに戻せます。 t = (3, 1, 4) A = list(t) print(A) 出力： [3, 1, 4] 11

入力をタプルで受け取る 入力をそのままタプルにすることもできます。 A = tuple(map(int, input().split())) 第1講で覚えた、 list(map(int, input().split())) の list を tuple に変えただけです。 12

listとtupleの使い分け 判断は単純です。 あとで書き換えるなら list 書き換えず、1件分のデータとして扱うなら tuple 通常の数列は list 。 座標やレコードは tuple が便利です。 13

N行のデータをタプルで保存する # Store each line as one immutable record N = int(input()) data = [tuple(map(int, input().split())) for _ in range(N)] N行ぶんのデータが、 タプルのリスト になります。 14

タプルは変更できない リストは変更できます。 A = [3, 7] A[0] = 100 しかし、タプルは変更できません。 t = (3, 7) t[0] = 100 これは TypeError になります。 15

immutable.py A = [3, 7] A[0] = 100 print(A) t = (3, 7) t[0] = 100 タプルは作ったあとで中身を書き換えられません。 この性質を イミュータブル と呼びます。 16

アンパック代入 タプルの中身は、変数を並べて一度に取り出せます。 t = (3, 7) a, b = t print(a) print(b) これを アンパック と言います。 17

unpack.py t = (3, 7) a, b = t print(a) print(b) 出力： 3 7 左辺の変数の個数と、タプルの要素数が一致している必要があります。 18

変数の値を交換する アンパックを使うと、2つの変数の値を1行で交換できます。 a = 1 b = 2 a, b = b, a print(a, b) 出力： 2 1 19

実は最初から使っていた 第1講で使ったこの書き方もアンパックです。 A, B = map(int, input().split()) 右辺から2つの値が出てきて、 A と B に順番に入ります。 20

enumerateもアンパック 第4講のこの書き方も同じです。 for i, x in enumerate(A): print(i, x) が、インデックスと中身の組を返します。 それを i と x にアンパックしています。 enumerate(A) 21

tuple_basic.py # Create a tuple t = (3, 7) print(t[0], t[1], len(t)) # Parentheses can be omitted u = 10, 20 print(u) # Unpacking a, b = u print(a, b) # Swapping two values a, b = b, a print(a, b) 22

tuple_basic.py の出力 3 7 2 (10, 20) 10 20 20 10 タプル、括弧の省略、アンパック、交換を確認できます。 23

関数から複数の値を返す タプルのおかげで、関数から複数の値をまとめて返せます。 def divide(a, b): return a // b, a % b return の右側にカンマがあるので、タプルを返します。 24

return_tuple.py # Return the quotient and the remainder at once def divide(a, b): return a // b, a % b # The returned tuple is unpacked into two variables q, r = divide(17, 5) print(q, r) 出力： 3 2 25

6-2 タプルが必要になる場面 リストがあるのに、なぜタプルが必要なのでしょうか。 大きな理由は2つです。 1. 辞書のキーや集合の要素にできる 2. 1件分のデータをひとまとめにできる 26

① 集合の要素にできる 第10講で学ぶ set には、 中身が変わらないもの しか入れられません。 リストは変更できるので入れられません。 タプルは変更できないので入れられます。 27

set_tuple.py s = set() s.add((1, 2)) s.add([1, 2]) # OK # TypeError タプルは集合に入れられます。 リストは集合に入れられません。 28

座標の管理 この性質が効くのが、座標の管理です。 (x, y) のような座標をタプルにして、集合に入れます。 重複した座標を1つとして扱えます。 29

points_set.py # Read the number of points N = int(input()) # Store each point as a tuple in a set points = set() for _ in range(N): x, y = map(int, input().split()) points.add((x, y)) # Duplicated points are counted only once print(len(points)) 30

points_set.py の実行例 入力例： 5 1 2 3 4 1 2 5 6 3 4 出力例： 3 重複を除くと、3種類の点です。 31

tupleで直接追加する アンパックを経由せず、直接タプルにして追加できます。 for _ in range(N): points.add(tuple(map(int, input().split()))) 読み取った1行を、そのまま1つの座標として集合に入れます。 32

② 1件分のデータをまとめる 別々の値でも、1組で意味を持つデータがあります。 例： 名前と点数 日付と気温 x座標とy座標 このようなものは、タプルにまとめると扱いやすくなります。 33

レコードとしてのタプル data = [("Sato", 80), ("Suzuki", 45), ("Takahashi", 72)] この形にしておけば、並べ替えても名前と点数がずれません。 第13講のソートで特に便利です。 34

student_records.py # Read the number of students N = int(input()) # Store each student as a (name, score) tuple data = [] for _ in range(N): name, score = input().split() data.append((name, int(score))) # Unpack each tuple in the loop for name, score in data: if score >= 60: print(name, score) 35

student_records.py の実行例 入力例： 3 Sato 80 Suzuki 45 Takahashi 72 出力例： Sato 80 Takahashi 72 点数だけ int() で変換しています。 36

リストとタプルの比較 リスト タプル 中身の変更 できる できない 辞書のキー・集合の要素 使えない 使える 主な用途 同じ種類のデータの並び 1件分のデータの組 37

使い分けの目安 競技プログラミングでは、だいたい次の使い分けです。 N個の数列 → リスト 座標 → タプル 名前と点数のような1件分のデータ → タプル あとで書き換えるならリストです。 38

6-3 リスト内包表記 ここから話題が変わります。 リストを短く作るための書き方 を学びます。 39

appendでリストを作る 第5講では、次のように書きました。 A = [] for i in range(5): A.append(i * i) これは、二乗のリストを作るコードです。 40

内包表記で1行にする 同じことを1行で書けます。 A = [i * i for i in range(5)] これが リスト内包表記 です。 41

内包表記の基本形 [ 式 for 変数 in 範囲 ] 読むときは、後ろから読むのがコツです。 range(5) の各 i について、i * i を並べたリスト です。 42

list_comprehension_basic.py A = [i * i for i in range(5)] print(*A) 出力： 0 1 4 9 16 43

条件付き内包表記 末尾に if を付けると、条件を満たすものだけを集められます。 [式 for 変数 in 範囲 if 条件] 条件で絞り込んでから、リストにします。 44

even_list.py A = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6] even = [x for x in A if x % 2 == 0] print(*even) 出力： 4 2 6 偶数だけを取り出しています。 45

list_comprehension.py # Squares of 0 to 4 squares = [i * i for i in range(5)] print(*squares) # Extract even numbers A = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6] even = [x for x in A if x % 2 == 0] print(*even) # Combine both doubled_even = [x * 2 for x in A if x % 2 == 0] print(*doubled_even) 46

list_comprehension.py の出力 0 1 4 9 16 4 2 6 8 4 12 3つ目は、 偶数だけを2倍したリスト です。 47

for文との対応 result = [] for x in A: if 条件: result.append(式) これは、内包表記でこう書けます。 result = [式 for x in A if 条件] 48

comprehension_compare.py A = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6] # Using a for loop result1 = [] for x in A: if x >= 4: result1.append(x * 10) # Using a list comprehension result2 = [x * 10 for x in A if x >= 4] print(*result1) print(*result2) 49

comprehension_compare.py の出力 40 50 90 60 40 50 90 60 同じ結果です。 読みにくいと感じるうちは、 for 文で書いても構いません。 50

6-4 内包表記と入力処理 内包表記が最も威力を発揮するのが、 入力処理 です。 特に、N行入力を受け取るときに便利です。 51

N行の入力を1行で受け取る A = [int(input()) for _ in range(N)] これは、 N行読み取って整数のリストにする という意味です。 52

for文で書くと A = [] for _ in range(N): A.append(int(input())) これと同じことを、内包表記なら1行で書けます。 A = [int(input()) for _ in range(N)] 53

input_lines_comprehension.py # Read N and then N integers, one per line N = int(input()) A = [int(input()) for _ in range(N)] print(sum(A), max(A)) 入力例： 4 10 25 18 7 出力例： 60 25 54

複数値のN行入力 N行にわたって「名前 点数」のような値が並ぶ場合も同じです。 data = [input().split() for _ in range(N)] 各行がリストになり、それがN行ぶん集まります。 55

2次元リストの初期化 もう1つの重要な用途が、 2次元リスト の初期化です。 H行W列のマス目を、すべて0で埋めたい場合を考えます。 56

正しい2次元リスト grid = [[0] * W for _ in range(H)] これは、 長さWのリストを、H個作る という意味です。 57

危険な書き方 これはやってはいけません。 grid = [[0] * W] * H 一見同じに見えますが、壊れます。 H個の行が、すべて同じ1つのリストを指してしまいます。 58

grid_init.py H = 3 W = 4 # Create an H x W grid filled with zeros grid = [[0] * W for _ in range(H)] # Modify one cell grid[1][2] = 9 # Print row by row for row in grid: print(*row) 59

grid_init.py の出力 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 書き換えた1か所だけが変わっています。 60

6-5 その他の内包表記 角括弧を波括弧に変えると、集合や辞書も作れます。 ここでは、形だけ知っておけば十分です。 集合と辞書は第10講で扱います。 61

集合内包表記 A = [3, 1, 4, 1, 5] s = {x for x in A} print(s) 重複が自動的に消えます。 62

辞書内包表記 A = [3, 1, 4, 1, 5] d = {x: x * x for x in A} print(d) キーと値を : で結びます。 63

set_dict_comprehension.py A = [3, 1, 4, 1, 5] # Set comprehension removes duplicates s = {x for x in A} print(len(s)) # Dictionary comprehension maps each value to its square d = {x: x * x for x in A} print(d[4]) 出力： 4 16 64

ジェネレータ式 のような関数に内包表記を渡すとき、 角括弧を省略できます。 sum() sum(x for x in A if x % 2 == 0) これをジェネレータ式と呼びます。 65

リストを作る場合 A = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6] print(sum([x for x in A if x % 2 == 0])) これは、偶数だけのリストを作ってから合計しています。 66

リストを作らない場合 A = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6] print(sum(x for x in A if x % 2 == 0)) 途中のリストを実際には作りません。 1つずつ値を生み出して足していきます。 67

generator_sum.py # Read N and the list of N integers N = int(input()) A = list(map(int, input().split())) # Sum of even numbers print(sum(x for x in A if x % 2 == 0)) # Count of even numbers print(sum(1 for x in A if x % 2 == 0)) 68

generator_sum.py の実行例 入力例： 6 3 1 4 1 5 6 出力例： 10 2 偶数の合計は 10 、個数は 2 です。 69

sum(1 for ...) sum(1 for x in A if x % 2 == 0) これは、条件を満たすたびに 1 を足す書き方です。 つまり、 条件を満たす個数を数える ことになります。 70

内包表記を使いすぎない 内包表記は強力ですが、詰め込みすぎると読みにくくなります。 result = [x * y for x in A for y in B if x % 2 == 0 and y > 3] このくらい複雑なら、 for 文に戻したほうが安全です。 71

for文で書くと result = [] for x in A: for y in B: if x % 2 == 0 and y > 3: result.append(x * y) このほうが読みやすいなら、無理に内包表記にしなくてよいです。 72

目安 内包表記は、読みやすくなるときに使います。 目安として、 forが2つ以上入るなら、for文に戻す ことをおすすめします。 短さよりも、5秒で意味がわかることを優先しましょう。 73

章末まとめ：タプル タプルは (3, 7) で作る 括弧は省略できる カンマがあればタプル インデックス、 len 、 for はリストと同じ タプルは変更できない 74

章末まとめ：アンパック タプルは、アンパックできます。 a, b = t 値の交換もできます。 a, b = b, a A, B = map(...) もアンパックです。 75

章末まとめ：タプルの使い所 タプルは変更できないので、 辞書のキー 集合の要素 として使えます。 また、座標や1件分のデータをまとめるのに向いています。 76

章末まとめ：内包表記 リスト内包表記は、 [式 for 変数 in 範囲] です。 条件で絞るなら、 [式 for 変数 in 範囲 if 条件] です。 77

章末まとめ：入力処理 N行入力は、内包表記で短く書けます。 A = [int(input()) for _ in range(N)] 2次元リストは、次の形で作ります。 grid = [[0] * W for _ in range(H)] 78

章末まとめ：ジェネレータ式 sum() などに渡すときは、角括弧を省略できます。 sum(x for x in A if 条件) 個数を数えるなら、 sum(1 for x in A if 条件) です。 79

練習問題 6-1 二乗して出力 個の整数 A_1, A_2, ..., A_N が与えられます。 それぞれを2乗した値を、空白区切りで1行に出力してください。 N 80

練習問題 6-1：入力と出力 入力： N A_1 A_2 ... A_N 入力例： 5 3 1 4 1 5 出力例： 9 1 16 1 25 81

answer_6_1.py # Read N and the list of N integers N = int(input()) A = list(map(int, input().split())) # Square every element B = [x * x for x in A] print(*B) 内包表記で新しいリストを作ります。 82

answer_6_1_direct.py # Read N and the list of N integers N = int(input()) A = list(map(int, input().split())) print(*[x * x for x in A]) リストを変数に入れず、直接出力することもできます。 83

練習問題 6-2 合格者の名前 人の生徒の名前と点数が、1行に1人ずつ与えられます。 点数が60以上の生徒の名前を、入力された順に1行ずつ出力してください。 該当者がいない場合は、何も出力しません。 N 84

練習問題 6-2：入力例 入力例： 4 Sato 80 Suzuki 45 Takahashi 72 Tanaka 60 出力例： Sato Takahashi Tanaka 60 ちょうども含みます。 85

answer_6_2.py # Read the number of students N = int(input()) # Read each line and print the name if the score is high enough for _ in range(N): name, score = input().split() if int(score) >= 60: print(name) 点数だけ int() で変換します。 86

answer_6_2_data.py # Read the number of students N = int(input()) # Store each student as a (name, score) tuple data = [input().split() for _ in range(N)] for name, score in data: if int(score) >= 60: print(name) いったんデータとして保存してから処理する書き方です。 87

練習問題 6-3 偶数の合計と個数 個の整数 A_1, A_2, ..., A_N が与えられます。 このうち偶数であるものについて、 合計 と 個数 を、この順に空白区切りで1行に出力してください。 N 88

練習問題 6-3：入力と出力 入力例： 6 3 1 4 1 5 6 出力例： 10 2 偶数が1つもない場合は、 0 0 と出力します。 89

answer_6_3.py # Read N and the list of N integers N = int(input()) A = list(map(int, input().split())) # Sum and count of even numbers print(sum(x for x in A if x % 2 == 0), sum(1 for x in A if x % 2 == 0)) ジェネレータ式で合計と個数を求めます。 90

answer_6_3_even_list.py # Read N and the list of N integers N = int(input()) A = list(map(int, input().split())) # Extract even numbers first even = [x for x in A if x % 2 == 0] print(sum(even), len(even)) 同じ条件を2回書くのが気になる場合はこちらが読みやすいです。 91

第6講まとめ この講では、 タプルと内包表記 を学びました。 タプルは1件分のデータをまとめる道具。 内包表記はリストを短く作る道具です。 92

次回予告 次の第7講では、 文字列 を扱います。 第5講のスライスや、この講の内包表記が、そのまま文字列にも使えることがわかります。 93