القوائم

أهداف التعلّم

بعد هذا القسم

• ستعرف ما هي القوائم في Python
• ستكون قادرًا على الوصول إلى عنصر محدَّد داخل قائمة
• ستعرف كيف تُضاف العناصر إلى قائمة، وكيف تُزال منها
• ستكون على دراية بالدوال والتابعين المدمجين في القوائم

في برامجنا حتى الآن كنّا نخزّن البيانات بالمتغيّرات، وكان لكل قطعة من البيانات عادةً متغيّر خاص بها يحمل اسمًا. ويرتب على ذلك بطبيعة الحال بعض القيود، إذ قد يصبح تعريف متغيّرات منفصلة لكل شيء عبئًا حين تتراكم البيانات المراد معالجتها.

القائمة (list) في Python تجمُّع من القيم يمكن الوصول إليه عبر اسم متغيّر واحد. وتُكتب محتويات القائمة بين قوسين مربّعين. وتُسمّى القيم الموجودة في القائمة عناصر (items)، وأحيانًا مكوّنات (elements).

الأمر التالي ينشئ قائمة جديدة فارغة

my_list = []

بينما الأمر التالي ينشئ قائمة تحتوي على خمسة عناصر:

my_list = [7, 2, 2, 5, 2]

الوصول إلى عناصر القائمة

تُرقَّم عناصر القائمة بالطريقة تمامًا نفسها التي تُرقَّم بها محارف السلسلة النصية. ويبدأ الترقيم من الصفر، ويكون آخر فهرس هو طول القائمة ناقص واحدًا:

ويمكن الوصول إلى عنصر واحد في القائمة بالطريقة نفسها التي تصل بها إلى محرف واحد في السلسلة النصية، باستخدام الأقواس المربّعة:

my_list = [7, 2, 2, 5, 2]

print(my_list[0])
print(my_list[1])
print(my_list[3])

print("The sum of the first two items:", my_list[0] + my_list[1])

7
2
5
The sum of the first two items: 9

يمكن أيضًا طباعة محتويات القائمة كاملة:

my_list = [7, 2, 2, 5, 2]
print(my_list)

[7, 2, 2, 5, 2]

على عكس السلاسل النصية، فالقوائم قابلة للتغيير (mutable)، أي أن محتوياتها يمكن أن تتغيّر. ويمكنك إسناد قيمة جديدة إلى عنصر داخل القائمة، تمامًا كما تسند قيمة جديدة إلى متغيّر:

my_list = [7, 2, 2, 5, 2]
print(my_list)
my_list[1] = 3
print(my_list)

[7, 2, 2, 5, 2]
[7, 3, 2, 5, 2]

تُعطيك الدالة len عدد العناصر في القائمة:

my_list = [7, 2, 2, 5, 2]
print(len(my_list))

5

تمرين برمجي: تغيير قيمة عنصر

يُرجى كتابة برنامج يُهيّئ قائمة بالقيم [1, 2, 3, 4, 5]. ثم يسأل البرنامج المستخدم عن فهرس وعن قيمة جديدة، ويستبدل القيمة الموجودة عند الفهرس المحدَّد، ثم يطبع القائمة مرة أخرى. ويُكرَّر ذلك في حلقة حتى يُدخل المستخدم -1 بدلًا من الفهرس. ويمكنك افتراض أن جميع قيم الفهارس المُدخلة ستقع داخل نطاق قائمتك.

مثال على تنفيذ البرنامج:

Index: **0**
New value: **10**
[10, 2, 3, 4, 5]
Index: **2**
New value: **250**
[10, 2, 250, 4, 5]
Index: **4**
New value: **-45**
[10, 2, 250, 4, -45]
Index: **-1**

ملاحظة: لا يطلب منك هذا التمرين كتابة أي دوال، لذا يجب أن لا تضع أي شيفرة داخل كتلة if __name__ == "__main__".

إضافة العناصر إلى القائمة

يضيف التابع append العناصر إلى نهاية القائمة. ويعمل هكذا:

numbers = []
numbers.append(5)
numbers.append(10)
numbers.append(3)
print(numbers)

[5, 10, 3]

المثال التالي يستخدم قائمتين منفصلتين:

numbers = []
shoe_sizes = []

numbers.append(5)
numbers.append(10)
numbers.append(3)

shoe_sizes.append(37)
shoe_sizes.append(44)
shoe_sizes.append(40)
shoe_sizes.append(28)

print("Numbers:")
print(numbers)

print("Shoe sizes:")
print(shoe_sizes)

يُضاف العنصر إلى القائمة التي استُدعي عليها التابع:

Numbers:
[5, 10, 3]
Shoe sizes:
[37, 44, 40, 28]

تمرين برمجي: إضافة عناصر إلى قائمة

يُرجى كتابة برنامج يسأل المستخدم أولًا عن عدد العناصر المطلوب إضافتها. ثم يسأل البرنامج عن العدد المحدَّد من القيم، واحدًا تلو الآخر، ويضيفها إلى قائمة بالترتيب الذي أُدخلت به. وأخيرًا تُطبع القائمة.

مثال على السلوك المتوقّع:

How many items: **3**
Item 1: **10**
Item 2: **250**
Item 3: **34**
[10, 250, 34]

ملاحظة: لا يطلب منك هذا التمرين كتابة أي دوال، لذا يجب أن لا تضع أي شيفرة داخل كتلة if __name__ == "__main__".

الإضافة إلى موضع محدَّد

إن أردت تحديد موضع في القائمة يُضاف إليه عنصر، فيمكنك استخدام التابع insert. يضيف التابع عنصرًا عند الفهرس المحدَّد. وتُزاح فهرسًا واحدًا إلى الخلف، أي «إلى اليمين»، جميع العناصر الموجودة أصلًا في القائمة التي يساوي فهرسها الفهرس المحدَّد أو يزيد عنه:

فقد، مثلًا، هذا البرنامج

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
numbers.insert(0, 10)
print(numbers)
numbers.insert(2, 20)
print(numbers)

يطبع ما يلي:

[10, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
[10, 1, 20, 2, 3, 4, 5, 6]

إزالة العناصر من القائمة

هناك نهجان مختلفان لإزالة عنصر من قائمة:

• إذا كان فهرس العنصر معروفًا، فيمكنك استخدام التابع pop.
• إذا كان محتوى العنصر معروفًا، فيمكنك استخدام التابع remove.

إذًا، يأخذ التابع pop فهرس العنصر الذي تريد إزالته كوسيط له. ويزيل البرنامج التالي العنصرين الموجودين عند الفهرس 2 والفهرس 3 من القائمة. ولاحظ كيف تتغيّر فهارس العناصر المتبقية حين يُزال أحدها.

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

my_list.pop(2)
print(my_list)
my_list.pop(3)
print(my_list)

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

من المفيد تذكّر أن التابع pop يُعيد أيضًا العنصر المُزال:

my_list = [4, 2, 7, 2, 5]

number = my_list.pop(2)
print(number)
print(my_list)

7
[4, 2, 2, 5]

أما التابع remove فيأخذ قيمة العنصر المراد إزالته كوسيط له. فقد، مثلًا، هذا البرنامج

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

my_list.remove(2)
print(my_list)
my_list.remove(5)
print(my_list)

يطبع ما يلي:

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

يزيل التابع أول ورود للقيمة في القائمة، تمامًا كما تُعيد دالة السلسلة النصية find أول ورود لسلسلة فرعية:

my_list = [1, 2, 1, 2]

my_list.remove(1)
print(my_list)
my_list.remove(1)
print(my_list)

[2, 1, 2]
[2, 2]

تمرين برمجي: الإضافة والإزالة

يُرجى كتابة برنامج يطلب من المستخدم الاختيار بين الإضافة والإزالة. وبحسب الاختيار، يضيف البرنامج عنصرًا إلى نهاية القائمة أو يزيل عنصرًا منها. ويجب أن يكون العنصر المضاف دائمًا أكبر بواحد من آخر عنصر في القائمة. ويجب أن يكون أول عنصر يُضاف هو 1.

تُطبع القائمة في البداية وبعد كل عملية. وانظر إلى مثال التنفيذ أدناه:

The list is now []
a(d)d, (r)emove or e(x)it: **d**
The list is now [1]
a(d)d, (r)emove or e(x)it: **d**
The list is now [1, 2]
a(d)d, (r)emove or e(x)it: **d**
The list is now [1, 2, 3]
a(d)d, (r)emove or e(x)it: **r**
The list is now [1, 2]
a(d)d, (r)emove or e(x)it: **d**
The list is now [1, 2, 3]
a(d)d, (r)emove or e(x)it: **x**
Bye!

يمكنك افتراض أنه إذا كانت القائمة فارغة فلن تتم محاولة إزالة عناصر.

ملاحظة: لا يطلب منك هذا التمرين كتابة أي دوال، لذا يجب أن لا تضع أي شيفرة داخل كتلة if __name__ == "__main__".

وإذا لم يكن العنصر المحدَّد موجودًا في القائمة، فإن الدالة remove تُسبّب خطأً. وتمامًا كما في السلاسل النصية، يمكننا التحقق من وجود عنصر باستخدام المشغّل in:

my_list = [1, 3, 4]

if 1 in my_list:
    print("The list contains item 1")

if 2 in my_list:
    print("The list contains item 2")

The list contains item 1

تمرين برمجي: الكلمة نفسها مرتين

يُرجى كتابة برنامج يطلب من المستخدم كلمات. وإذا أدخل المستخدم كلمة للمرة الثانية، ينبغي للبرنامج أن يطبع عدد الكلمات المختلفة التي أُدخلت، ثم ينتهي.

Word: **once**
Word: **upon**
Word: **a**
Word: **time**
Word: **upon**
You typed in 4 different words

ملاحظة: لا يطلب منك هذا التمرين كتابة أي دوال، لذا يجب أن لا تضع أي شيفرة داخل كتلة if __name__ == "__main__".

ترتيب القوائم

يمكن ترتيب عناصر القائمة من الأصغر إلى الأكبر باستخدام التابع sort.

my_list = [2,5,1,2,4]
my_list.sort()
print(my_list)

[1, 2, 2, 4, 5]

لاحظ كيف يُعدّل التابع القائمة نفسها. وفي بعض الأحيان لا نريد تغيير القائمة الأصلية، لذا نستخدم الدالة sorted بدلًا منه. وهي تُعيد قائمة مرتّبة:

my_list = [2,5,1,2,4]
print(sorted(my_list)))

[1, 2, 2, 4, 5]

تذكّر الفرق بين الاثنين: يُغيّر sort ترتيب القائمة الأصلية في مكانها، بينما تنشئ sorted نسخة جديدة مرتّبة من القائمة. وباستخدام sorted يمكننا الحفاظ على الترتيب الأصلي للقائمة:

original = [2, 5, 1, 2, 4]
in_order = sorted(original)
print(original)
print(in_order)

[2, 5, 1, 2, 4]
[1, 2, 2, 4, 5]

تمرين برمجي: القائمة مرتين

يُرجى كتابة برنامج يطلب من المستخدم إدخال قيم ويضيفها إلى قائمة. وبعد كل إضافة، تُطبع القائمة بطرقتين مختلفتين:

• بالترتيب الذي أُضيفت به العناصر
• مرتّبة من الأصغر إلى الأكبر

ينتهي البرنامج حين يُدخل المستخدم 0.

مثال على السلوك المتوقّع:

New item: **3**
The list now: [3]
The list in order: [3]
New item: **1**
The list now: [3, 1]
The list in order: [1, 3]
New item: **9**
The list now: [3, 1, 9]
The list in order: [1, 3, 9]
New item: **5**
The list now: [3, 1, 9, 5]
The list in order: [1, 3, 5, 9]
New item: **0**
Bye!

ملاحظة: لا يطلب منك هذا التمرين كتابة أي دوال، لذا يجب أن لا تضع أي شيفرة داخل كتلة if __name__ == "__main__".

الأقصى والأصغر والمجموع

تُعيد الدالتان max وmin، وهما اختصار كلمتَي «الأقصى» و«الأدنى»، أكبر عنصر وأصغر عنصر في القائمة على الترتيب. أما الدالة sum فتُعيد مجموع جميع عناصر القائمة.

my_list = [5, 2, 3, 1, 4]

greatest = max(my_list)
smallest = min(my_list)
list_sum = sum(my_list)

print("Smallest:", smallest)
print("Greatest:", greatest)
print("Sum:", list_sum)

Smallest: 1
Greatest: 5
Sum: 15

التابعون مقابل الدوال

هناك طريقتان مختلفتان لمعالجة القوائم في Python، وقد يُثير ذلك اللبس. وفي الغالب ستستخدم تابعين للقائمة، مثل append وsort. وتُستخدم مع مشغّل النقطة . على متغيّر القائمة:

my_list = []

# method calls
my_list.append(3)
my_list.append(1)
my_list.append(7)
my_list.append(2)

# another method call
my_list.sort()

بعض الدوال تقبل أخذ قائمة كوسيط. ورأينا في الأعلى أن الدوال max وmin وlen وsorted تفعل ذلك بالضبط:

my_list = [3, 2, 7, 1]

# function calls take the list as an argument
greatest = max(my_list)
smallest = min(my_list)
length = len(my_list)

print("Smallest:", smallest)
print("Greatest:", greatest)
print("Length of the list:", length)

# another function call 
# the list itself is an argument, the function returns a sorted copy
in_order = sorted(my_list)
print(in_order)

Smallest: 1
Greatest: 7
Length of the list: 4
[1, 2, 3, 7]

قائمة كوسيط أو كقيمة معادة

تمامًا كالدوال المدمجة أعلاه، يمكن لدوالنا الخاصة أيضًا أن تأخذ قائمة كوسيط، وأن تُنتج قائمة كقيمة معادة. وتحسب الدالة التالية القيمة المركزية في قائمة مرتّبة، وتُعرف أيضًا بقيمة الوسيط (median):

def median(my_list: list):
    ordered = sorted(my_list)
    list_centre = len(ordered) // 2
    return ordered[list_centre]

تنشئ الدالة نسخة مرتّبة من القائمة المُعطاة كوسيط، وتُرجع العنصر الموجود في وسطها تمامًا. ولاحظ استخدام مشغّل القسمة الصحيحة // هنا. فيجب أن يكون فهرس القائمة دائمًا عددًا صحيحًا.

تعمل الدالة هكذا:

shoe_sizes = [45, 44, 36, 39, 40]
print("The median of the shoe sizes is", median(shoe_sizes))

ages = [1, 56, 34, 22, 5, 77, 5]
print("The median of the ages is", median(ages))

The median of the shoe sizes is 40
The median of the ages is 22

يمكن للدالة أيضًا أن تُرجع قائمة. وتسأل الدالة التالية المستخدم إدخال أعداد صحيحة، وتُرجع المُدخل كقائمة:

def input_numbers():
    numbers = []
    while True:
        user_input = input("Please type in an integer, leave empty to exit: ")
        if len(user_input) == 0:
            break
        numbers.append(int(user_input))
    return numbers

تستخدم الدالة متغيّرًا مساعدًا اسمه numbers وهو قائمة. وتُضاف جميع الأعداد التي أدخلها المستخدم إلى القائمة. وعند الخروج من الحلقة، تُعيد الدالة القائمة بالجملة return numbers.

استدعاء الدالة هكذا

numbers = input_numbers()

print("The greatest number is", max(numbers))
print("The median of the numbers is", median(numbers))

قد يطبع هذا، مثلًا:

Please type in an integer, leave empty to exit: **5**
Please type in an integer, leave empty to exit: **-22**
Please type in an integer, leave empty to exit: **4**
Please type in an integer, leave empty to exit: **35**
Please type in an integer, leave empty to exit: **1**
Please type in an integer, leave empty to exit:
The greatest number is 35
The median of the numbers is 4

يُظهر هذا المثال الصغير أحد أهم استخدامات الدوال: إذ تساعدك على تقسيم شيفرتك إلى كتل أصغر يسهل فهمها وذات معنى منطقي.

بالطبع يمكن تحقيق الوظيفة نفسها دون كتابة أي من دوالنا الخاصة:

numbers = []
while True:
    user_input = input("Please type in an integer, leave empty to exit: ")
    if len(user_input) == 0:
        break
    numbers.append(int(user_input))

ordered = sorted(numbers)
list_centre = len(ordered) // 2
median = ordered[list_centre]

print("The greatest number is", max(numbers))
print("The median of the numbers is", median)

في هذه النسخة يكون تتبع المنطق البرمجي أصعب، إذ لم يعد واضحًا أي الأوامر تنتمي إلى أي وظيفة. فالشيفرة تحقق الأغراض نفسها - قراءة المُدخل، وحساب قيمة الوسيط، وما إلى ذلك - لكن بنية أقلّ وضوحًا.

تنظيم شيفرتك في دوال منفصلة سيحسّن وضوح قراءة برنامجك، كما سيجعل التعامل مع الكتل المنطقية أسهل. وهذا بدوره يساعدك على التحقق من أن البرنامج يعمل كما هو مقصود، إذ يمكن اختبار كل دالة على حدة.

ومن الاستخدامات المهمة الأخرى للدوال جعل الشيفرة قابلة لإعادة الاستخدام. فإذا احتجت تحقيق وظيفة ما عدة مرات في برنامجك، فمن الجيد إنشاء دالة خاصتك ومنحها اسمًا مناسبًا:

print("Shoe sizes:")
shoe_sizes = input_numbers()

print("Weights:")
weights = input_numbers()

print("Heights:")
heights = input_numbers()

تمرين برمجي: طول القائمة

يُرجى كتابة دالة اسمها length تأخذ قائمة كوسيط لها، وتُرجع طول القائمة.

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
result = length(my_list)
print("The length is", result)

# the list given as an argument doesn't need to be stored in any variable
result = length([1, 1, 1, 1])
print("The length is", result)

The length is 5
The length is 4

تمرين برمجي: المتوسط الحسابي

يُرجى كتابة دالة اسمها mean تأخذ قائمة من الأعداد الصحيحة كوسيط لها. وتُعيد الدالة المتوسط الحسابي للقيم في القائمة.

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
result = mean(my_list))
print("mean value is", result)

mean value is 3.0

تمرين برمجي: مدى القائمة

يُرجى كتابة دالة اسمها range_of_list تأخذ قائمة من الأعداد الصحيحة كوسيط لها. وتُعيد الدالة الفرق بين القيمة الصغرى والعظمى في القائمة.

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
result = range_of_list(my_list))
print("The range of the list is", result)

The range of the list is 4

هناك طرق كثيرة أخرى لاستخدام القوائم في Python. وتوثيق Python مكان جيد للبدء إن أردت معرفة المزيد.