Day 4: データ構造
今日学ぶこと
- リスト（list）: 順序付きで変更可能なコレクション
- タプル（tuple）: 順序付きで変更不可のコレクション
- 辞書（dict）: キーと値のペア
- セット（set）: 重複のないコレクション
- リスト内包表記
リスト（list）
リストは、複数の値を順序付きで格納できる、最もよく使われるデータ構造です。
flowchart LR
subgraph List["リスト fruits"]
A["'apple'"] --> B["'banana'"] --> C["'cherry'"]
end
subgraph Index["インデックス"]
I0["0"] --> I1["1"] --> I2["2"]
end
style List fill:#3b82f6,color:#fff
リストの作成
# 空のリスト
empty = []
also_empty = list()
# 値を持つリスト
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True] # 異なる型も混在可能
要素へのアクセス
fruits = ["apple", "banana", "cherry", "date"]
# インデックスでアクセス
print(fruits[0]) # apple（最初）
print(fruits[2]) # cherry
print(fruits[-1]) # date（最後）
print(fruits[-2]) # cherry（最後から2番目）
スライス
fruits = ["apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry"]
print(fruits[1:4]) # ['banana', 'cherry', 'date']
print(fruits[:3]) # ['apple', 'banana', 'cherry']
print(fruits[2:]) # ['cherry', 'date', 'elderberry']
print(fruits[::2]) # ['apple', 'cherry', 'elderberry']（1つ飛ばし）
print(fruits[::-1]) # 逆順
リストの変更
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
# 要素の変更
fruits[1] = "blueberry"
print(fruits) # ['apple', 'blueberry', 'cherry']
# 要素の追加
fruits.append("date") # 末尾に追加
fruits.insert(1, "apricot") # 指定位置に挿入
# 要素の削除
fruits.remove("apple") # 値で削除
del fruits[0] # インデックスで削除
popped = fruits.pop() # 末尾を取り出して削除
popped = fruits.pop(0) # 指定位置を取り出して削除
リストの主要メソッド
| メソッド | 説明 | 例 |
|---|---|---|
append(x) |
末尾に追加 | list.append(5) |
insert(i, x) |
位置iに挿入 | list.insert(0, 5) |
remove(x) |
値xを削除 | list.remove(5) |
pop(i) |
位置iを取り出す | list.pop(0) |
index(x) |
値xの位置を返す | list.index(5) |
count(x) |
値xの個数を返す | list.count(5) |
sort() |
ソート（破壊的） | list.sort() |
reverse() |
逆順（破壊的） | list.reverse() |
copy() |
コピーを作成 | new = list.copy() |
clear() |
全要素を削除 | list.clear() |
リストの結合
list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]
# + で結合
combined = list1 + list2 # [1, 2, 3, 4, 5, 6]
# extend で追加
list1.extend(list2) # list1が [1, 2, 3, 4, 5, 6] になる
# * で繰り返し
repeated = [0] * 5 # [0, 0, 0, 0, 0]
リストのソート
numbers = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
# sort(): 元のリストを変更
numbers.sort()
print(numbers) # [1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9]
numbers.sort(reverse=True)
print(numbers) # [9, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 1]
# sorted(): 新しいリストを返す
original = [3, 1, 4, 1, 5]
sorted_list = sorted(original)
print(original) # [3, 1, 4, 1, 5]（変更なし）
print(sorted_list) # [1, 1, 3, 4, 5]
タプル（tuple）
タプルはリストに似ていますが、作成後に変更できない（イミュータブル）点が異なります。
# タプルの作成
coordinates = (10, 20)
rgb = (255, 128, 0)
single = (42,) # 要素が1つの場合はカンマが必要
# アクセス（リストと同じ）
print(coordinates[0]) # 10
print(rgb[1:]) # (128, 0)
# 変更はできない
# coordinates[0] = 5 # TypeError!
タプルのアンパック
# 複数の変数に一度に代入
point = (3, 4)
x, y = point
print(x) # 3
print(y) # 4
# 関数から複数の値を返す
def get_min_max(numbers):
return min(numbers), max(numbers)
minimum, maximum = get_min_max([3, 1, 4, 1, 5])
print(minimum, maximum) # 1 5
# 変数の入れ替え
a, b = 1, 2
a, b = b, a
print(a, b) # 2 1
タプル vs リスト
| 特性 | タプル | リスト |
|---|---|---|
| 変更可能 | ❌ | ✅ |
| 括弧 | () |
[] |
| 用途 | 固定データ | 可変データ |
| 辞書のキー | 使える | 使えない |
| 処理速度 | 速い | 遅い |
辞書（dict）
辞書は、キーと値のペアでデータを管理します。
flowchart TB
subgraph Dict["辞書 person"]
K1["'name'"] --> V1["'Taro'"]
K2["'age'"] --> V2["25"]
K3["'city'"] --> V3["'Tokyo'"]
end
style Dict fill:#3b82f6,color:#fff
style K1 fill:#8b5cf6,color:#fff
style K2 fill:#8b5cf6,color:#fff
style K3 fill:#8b5cf6,color:#fff
style V1 fill:#22c55e,color:#fff
style V2 fill:#22c55e,color:#fff
style V3 fill:#22c55e,color:#fff
辞書の作成
# 空の辞書
empty = {}
also_empty = dict()
# 値を持つ辞書
person = {
"name": "Taro",
"age": 25,
"city": "Tokyo"
}
# dict()を使用
person = dict(name="Taro", age=25, city="Tokyo")
値へのアクセス
person = {"name": "Taro", "age": 25, "city": "Tokyo"}
# キーでアクセス
print(person["name"]) # Taro
# get()を使用（キーがない場合にエラーにならない）
print(person.get("name")) # Taro
print(person.get("country")) # None
print(person.get("country", "Japan")) # Japan（デフォルト値）
辞書の変更
person = {"name": "Taro", "age": 25}
# 値の更新
person["age"] = 26
# 新しいキーの追加
person["city"] = "Tokyo"
# 複数の更新
person.update({"age": 27, "job": "Engineer"})
# キーの削除
del person["city"]
removed = person.pop("age") # 値を取得して削除
辞書のメソッド
| メソッド | 説明 | 例 |
|---|---|---|
get(key, default) |
値を取得 | d.get("name", "Unknown") |
keys() |
キーの一覧 | d.keys() |
values() |
値の一覧 | d.values() |
items() |
キーと値のペア | d.items() |
pop(key) |
キーを削除して値を返す | d.pop("name") |
update(dict) |
辞書を更新 | d.update({"a": 1}) |
clear() |
全要素を削除 | d.clear() |
辞書のループ
person = {"name": "Taro", "age": 25, "city": "Tokyo"}
# キーでループ
for key in person:
print(key)
# 値でループ
for value in person.values():
print(value)
# キーと値でループ
for key, value in person.items():
print(f"{key}: {value}")
辞書のキーの確認
person = {"name": "Taro", "age": 25}
if "name" in person:
print("nameキーがあります")
if "country" not in person:
print("countryキーはありません")
セット（set）
セットは、重複のない値のコレクションです。
flowchart TB
subgraph Set["セット numbers"]
A["1"]
B["2"]
C["3"]
D["4"]
E["5"]
end
style Set fill:#3b82f6,color:#fff
セットの作成
# 空のセット
empty = set() # {} は空の辞書になるので注意
# 値を持つセット
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
fruits = {"apple", "banana", "cherry"}
# リストからセットを作成（重複が除去される）
numbers = set([1, 2, 2, 3, 3, 3])
print(numbers) # {1, 2, 3}
セットの操作
numbers = {1, 2, 3}
# 追加
numbers.add(4)
print(numbers) # {1, 2, 3, 4}
# 削除
numbers.remove(2) # 存在しないとエラー
numbers.discard(10) # 存在しなくてもエラーにならない
# 存在確認
print(3 in numbers) # True
セットの集合演算
a = {1, 2, 3, 4}
b = {3, 4, 5, 6}
# 和集合（どちらかに含まれる）
print(a | b) # {1, 2, 3, 4, 5, 6}
print(a.union(b))
# 積集合（両方に含まれる）
print(a & b) # {3, 4}
print(a.intersection(b))
# 差集合（aにあってbにない）
print(a - b) # {1, 2}
print(a.difference(b))
# 対称差（どちらか一方にのみ含まれる）
print(a ^ b) # {1, 2, 5, 6}
print(a.symmetric_difference(b))
flowchart LR
subgraph Union["和集合 a | b"]
U1["1, 2, 3, 4, 5, 6"]
end
subgraph Intersection["積集合 a & b"]
I1["3, 4"]
end
subgraph Difference["差集合 a - b"]
D1["1, 2"]
end
style Union fill:#3b82f6,color:#fff
style Intersection fill:#22c55e,color:#fff
style Difference fill:#f59e0b,color:#fff
リスト内包表記
リストを簡潔に作成する方法です。
基本形
# 従来の方法
squares = []
for x in range(5):
squares.append(x ** 2)
print(squares) # [0, 1, 4, 9, 16]
# リスト内包表記
squares = [x ** 2 for x in range(5)]
print(squares) # [0, 1, 4, 9, 16]
条件付き
# 偶数のみの2乗
even_squares = [x ** 2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(even_squares) # [0, 4, 16, 36, 64]
# if-elseを使う場合
results = ["even" if x % 2 == 0 else "odd" for x in range(5)]
print(results) # ['even', 'odd', 'even', 'odd', 'even']
ネストしたループ
# 九九の組み合わせ
pairs = [(i, j) for i in range(1, 4) for j in range(1, 4)]
print(pairs)
# [(1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 1), (3, 2), (3, 3)]
辞書内包表記
# 数値をキーに、その2乗を値とする辞書
squares = {x: x ** 2 for x in range(5)}
print(squares) # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}
セット内包表記
# 2乗の値のセット
squares = {x ** 2 for x in range(-3, 4)}
print(squares) # {0, 1, 4, 9}（重複が除去される）
まとめ
| データ構造 | 括弧 | 特徴 | 用途 |
|---|---|---|---|
| list | [] |
順序あり、変更可能 | 汎用的なコレクション |
| tuple | () |
順序あり、変更不可 | 固定データ、辞書のキー |
| dict | {} |
キーと値のペア | 名前付きデータ |
| set | {} |
重複なし、順序なし | 重複除去、集合演算 |
重要ポイント
- リストは最も汎用的で、追加・削除・変更が自由
- タプルは変更不可だが、辞書のキーに使える
- 辞書はキーで値にアクセスする（O(1)で高速）
- セットは重複を自動的に除去し、集合演算が可能
- 内包表記を使うとコードが簡潔になる
練習問題
問題1: リスト操作
1から10までの数値のリストを作成し、偶数だけを取り出した新しいリストを作成してください。
問題2: 辞書
5人の名前と年齢を格納した辞書を作成し、全員の平均年齢を計算して表示してください。
チャレンジ問題
2つのリストの共通要素と、どちらか一方にしかない要素を見つけるプログラムを、セットを使って書いてください。
list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
list2 = [4, 5, 6, 7, 8]
# 共通: [4, 5]
# list1のみ: [1, 2, 3]
# list2のみ: [6, 7, 8]
参考リンク
次回予告: Day 5では「関数」について学びます。コードを再利用可能な部品として整理しましょう！