kurse:ef05a-2021:kurven:datenstrukturen-lists-and-dictionaries [https://fginfo.ksbg.ch Fachgruppe Informatik der KSBG]

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====== Datenstrukturen ======
===== Strings, Zeichenketten =====
Strings werden zwischen " oder ' geschrieben. Sie können addiert (aneinandergehängt) und mit natürlichen Zahlen multipliziert werden (hier ein Auszug aus der Python-Konsole):
<code txt>
>>> a = "Hello "
>>> b = 'world!'
>>> a+b
'Hello world!'
>>> a*5
'Hello Hello Hello Hello Hello '
>>> b="backslash n ist Zeilenumbruch\n"*5
>>> print(b)
backslash n ist Zeilenumbruch
backslash n ist Zeilenumbruch
backslash n ist Zeilenumbruch
backslash n ist Zeilenumbruch
backslash n ist Zeilenumbruch
</code>
==== Nützliche Stringmethoden und -funktionen ====
Umwandlung in einen String: ''str('' irgendwas '')''.

Auch wichtig ist die Umwandlung von Strings in Zahlen (''int()'' und ''float()''):
<code txt>
>>> int(" 123  ")
123
>>> int(" 15.9  ")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: invalid literal for int() with base 10: ' 15.9  '
>>> float(" 15.9  ")
15.9
</code>
=== Substrings (wie bei Listen) ===
<code txt>
>>> a = "ABCDEFGH"
>>> a[2:4]    # Startindex (inklusive) Endindex (exklusive)
'CD'
>>> a[4:]     # Bis zum Ende
'EFGH'
>>> a[:2]     # Von Anfang an
'AB'
</code>
=== split und join ===
split: Einen String in eine Liste zerlegen:
<code txt>
>>> "3 4 55 11   3 5".split()   # Alle whitespaces (Space, Tab und Newline), auch mehrere hintereinander
['3', '4', '55', '11', '3', '5']
>>> "234;1;123;;;4;3;".split(";")   # Genau ein ; (beachten Sie die leeren Einträge)
['234', '1', '123', '', '', '4', '3', '']
</code>

join: Ein Array von Strings zu einem String zusammenhängen:
<code txt>
>>> " und ".join(['3', '4', '55', '11', '3', '5'])
'3 und 4 und 55 und 11 und 3 und 5'
</code>
Sind die Einträge im Array keine Strings, müssen diese zuerst umgewandelt werden, z.B. so:
<code txt>
>>> l = [i*i for i in range(5)]
>>> l
[0, 1, 4, 9, 16]
>>> " plus ".join(l)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: sequence item 0: expected str instance, int found
>>> " plus ".join([str(e) for e in l])          # Umwandlung aller Elemente der Liste
'0 plus 1 plus 4 plus 9 plus 16'
</code>

===== Listen und Tuples (Arrays) =====
In Python gibt es zwei Arten von Arrays: Listen (veränderbar) und Tuples (unveränderbar). 
  * Listen: zwischen eckigen Klammern: ''a=[1,2,3]''.
  * Tuples: zwischen runden Klammern: ''b = (1,2,3)'', oder ''c=(1,)'' für ein Tuple der Länge 1.

Tuples (unveränderbare Arrays) haben den Vorteil, dass damit effizienter und "sicherer" gearbeitet werden kann. Insbesondere wenn ein Tuple einer Funktion übergeben wird, kann man sicher sein, dass die Funktion den Tuple nicht verändern kann.

==== Listen bauen ====
In folgenden Beispielen enthält a eine Liste, z.B. ''a=[2,3,4]''.
  * ''.append(element)'': Einer Liste hinten ein neues Element hinzufügen.
  * ''.pop()'': Entfernt das letzte Element der Liste und liefert es als Resultat. (''.pop(index)'' entfernt ein Element an dieser der Stelle index.
  * ''.insert(position, element)''
  * ''[''ausdruck mit x'' for x in ''range, liste oder tuple'']''. Z.B. ''[i*i for i in range(2,10,2)]'' liefert ''[4, 16, 36, 64]''.

<code txt>
>>> a = [i*i for i in range(2,10,2)]
>>> a
[4, 16, 36, 64]
>>> b = [x/2 for x in a]
>>> b
[2.0, 8.0, 18.0, 32.0]
>>> c = [str(x) for x in b]
>>> c
['2.0', '8.0', '18.0', '32.0']
>>> d = [x*2 for x in c]
>>> d
['2.02.0', '8.08.0', '18.018.0', '32.032.0']
</code>

Über Listen und Tuples kann eine for-Schleife gemacht werden:
<code python>
a = [2,3,5,7,11,13]
for p in a:
  print(p*p)
</code>

{{:kurse:ef05a-2021:kurven:pasted:20220113-081731.png}}
===== Dictionaries =====

{{:kurse:ef05a-2021:kurven:pasted:20220113-081310.png}}

Dictionaries (auch Hashtables genannt) sind wie ungeordnete Listen, die anstatt Indizies Schlüssel (keys) haben. Normalerweise sind die keys einfach Strings, es können aber beliebige Python-Objekte verwendet werden.

Dictionaries werden zwischen geschweiften Klammern ''{}'' geschrieben. Schlüssel und Werte werden durch '':'' getrennt. Schlüssel/Wert-Paare werden durch Kommas getrennt:

<code txt>
>>> h = {"ruby":10, "python":7, "java":[1,2,3]}
>>> h
{'ruby': 10, 'python': 7, 'java': [1, 2, 3]}
>>> h["ruby"]
10
>>> h["java"]
[1, 2, 3]
>>> h["java"][0]
1
>>> "python" in h    # Gibt es den key "python"?
True
>>> "c++" in h       # Gibt es den key "c++"?
False
>>> h["c++"]=8       # Neues key/value Paar einfügen.
>>> h
{'ruby': 10, 'python': 7, 'java': [1, 2, 3], 'c++': 8}
>>> "c++" in h
True
>>> h["java"]+=[6,5,4]    # Wert eines Eintrags verändern
>>> h
{'ruby': 10, 'python': 7, 'java': [1, 2, 3, 6, 5, 4], 'c++': 8}

</code>
Über die keys kann iteriert werden:
<code python>
h = {"ruby":10, "python":7, "java":[1,2,3]}
for key in h:
  print("In %s steht %s" % (key, str(h[key])))
for key,value in h.items():
  print(key+" -> "+str(value))

</code>
liefert den Output
<code txt>
In ruby steht 10
In python steht 7
In java steht [1, 2, 3]
ruby -> 10
python -> 7
java -> [1, 2, 3]
</code>

===== Text-Dateien lesen und schreiben =====
Wir eine Datei zum Lesen oder Schreiben geöffnet, muss diese auch wieder geschlossen werden. 
Das Konstrukt ''with'' macht dies automatisch (auch wenn etwas schief gehen sollte) und sollte deshalb wenn möglich immer verwendet werden.
==== Datei lesen ====

<code python>
# Datei lesen
with open(pfad_und_dateiname) as datei:
  while True:
    line = datei.readline()  # Eine zeile lesen
    if not line:   # Testen, ob die Datei nicht schon fertig ist
       break
    # Tu was mit der Zeile (enthält noch das '\n' am Schluss!)
    line = line.rstrip()   # Zeilenumbruch am Ende entfernen

</code>
Oder alles in eine Liste einlesen:
<code python>
lines = []   # In Python nicht nötig, in den meisten anderen Programmiersprachen schon
with open(pfad_und_dateiname) as datei:
  lines = datei.readlines()  # Alle Zeilen in eine Liste lesen

# Tu was mit den Zeilen, die Datei ist hier bereits wieder geschlossen
print(lines[0])
</code>

==== Datei schreiben ====
<code python>
with open(pfad_und_dateiname, "w") as datei:
  datei.write("Hello ")
  datei.write("World\n")  # Zeilenumbrüche sind selbst einzufügen.
  datei.write(str(6*7))   # datei.write(42) produziert einen Fehler, weil 42 kein String ist!
</code>

<code python>
liste_mit_strings = [str(i*i)+"\n" for i in range(10)]
with open(pfad_und_dateiname, "w") as datei:
  datei.writelines(liste_mit_strings)  # Achtung: Zeilenumbrüche müssen bereits in den einzelnen Einträgen stehen!
</code>