Range و Enumerate و Zip

أدواتٌ ثلاثٌ تُغني عن العدّ اليدوي

منحتك الحلقاتُ التكرارَ؛ وهذه الدرسُ يسلمك الأدواتَ الثلاث التي تُخرج العدّ من يديك. كل أداةٍ تستبدل عادةً عُلّمت كتابتَها يدويًّا، وكلٌّ منها جوابٌ لانزعاجٍ متكرر: توليد الأعداد، والحاجة إلى موضع عنصرٍ، وزدوج قائمتين. وهي معًا الفرق بين حلقةٍ تطبع وحلقةٍ تُقرأ.

Range: المتتالية الحسابية، كسَلًا

جمعت في الدرس السابق بـ range(5). هي تستحق نظرةً عن قرب ، إنها الأداة الكلاسيكية لـ «افعل هذا عددًا معلومًا من المرات»:

for i in range(5):
    print(i)  # 0 1 2 3 4

لـ range ثلاث صيغٍ، تطابقُ المتتاليةَ الحسابية $a, a+d, a+2d, \ldots$:

range(5)        # 0, 1, 2, 3, 4
range(2, 8)     # 2, 3, 4, 5, 6, 7
range(0, 20, 3) # 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18

وسيطٌ واحد يعطي $0, 1, \ldots, n-1$؛ ووسيطان يعطيان الفترة شبه المفتوحة $[\text{start}, \text{stop})$؛ وثلاثةٌ تضيفان الفرقَ المشترك $d$. والأهم أن range كسولة: تسجّل المعاملات وتحسب كل قيمةٍ فقط حين تطلبها الحلقة. سؤالُ مليون خطوةٍ لا يكلف ذاكرةً أكثر من سؤال خمسٍ ، فالمتتالية لا تُجسَّد أبدًا.

Enumerate: الموضع دون العدّاد

تريد موضع كل عنصر؟ غريزة المبتدئ عدّادٌ يدوي:

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

i = 0
for fruit in fruits:
    print(f"{i}: {fruit}")
    i += 1

إنّ i += 1 إغراءٌ بالخلل: انسَ واحدًا وتختلط تسميات المواضع. تنتج enumerate النصفين في خطوةٍ واحدة ، المؤشر والعنصر ، فلا يبقى شيءٌ تُبقي على اطراده:

for i, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"{i}: {fruit}")

# مُحصو الكلام الذين يُرقمون الناس من 1:
for i, fruit in enumerate(fruits, start=1):
    print(f"{i}: {fruit}")

حيث يكتب الرياضي $b_i = a_i + i$ ليلصق الموضع بالقيمة، تُسلّم enumerate الزوجَ $(i, a_i)$ لجسم الحلقة مباشرة.

Zip: اصطفافٌ بالموقع

قائمتان متوازيتان ، أسماء ودرجات ، تصرخان أن تُقرآ معًا. تصطفّ zip بينهما عنصرًا بعنصر:

names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]
scores = [85, 92, 78]

for name, score in zip(names, scores):
    print(f"{name}: {score}")
# Alice: 85
# Bob: 92
# Charlie: 78

الاقتران هو الحيلةَ الديكارتية: تركض عبر القائمتين بمشبكٍ واحد مكوّنةً الأزواج $(n_0, s_0), (n_1, s_1), \ldots$. وإذا اختلفت القائمتان طولًا، يتوقف الاقتران عند الأقصر، فلا يُزدوج شيءٌ منقوصًا أبدًا. وإن احتجت الذيل المائل أيضًا، فيملؤه itertools.zip_longest:

import itertools
for pair in itertools.zip_longest([1, 2], [3, 4, 5], fillvalue=0):
    print(pair)  # (1, 3), (2, 4), (0, 5) — لا تضيع قيمة

مثالٌ محلول: سجلُّ الصفِّ

شاهدِ الأدواتِ الثلاثَ تعملُ معًا. تحفظُ معلمةٌ قائمةَ أسماءٍ وقائمةً موازيةً من الدرجاتِ، وتريدُ تقريرًا مرقّمًا:

names = ["Dina", "Omar", "Sara"]
scores = [78, 91, 85]

for i, (name, score) in enumerate(zip(names, scores), start=1):
    print(f"#{i} {name}: {score}")
# #1 Dina: 78
# #2 Omar: 91
# #3 Sara: 85

print(f"Top score: {max(scores)}")   # Top score: 91

اقرأ رأسَ الحلقةِ من الداخلِ إلى الخارج: يزاوجُ zip كلَّ اسمٍ بدرجتِه؛ وتفكّكُ الأقواسُ (name, score) ذلك الزوجَ؛ ويُرقّم enumerate الأزواجَ بدءًا من واحدٍ. أربعةُ إيماءاتٍ كانت ستكلّفك عَدَّادًا مكتوبًا باليدِ تُقرأ الآن كالجملةِ التي تصفها ، يلتصقُ الموضعُ بالقيمةِ زوجًا زوجًا، تمامًا كما يُلصق $b_i = a_i + i$ مؤشرًا بكلِّ حدٍّ.

أخطاء شائعة

• range مستبعِدةٌ في الأعلى. تنتج range(5) الأعدادَ $0, 1, 2, 3, 4$ ، خمسة أعدادٍ لا يساوي أحدُها $5$. فكّر كفترةٍ شبه مفتوحة، $[0, 5)$.
• enumerate فوق قاموس. تكرارُ القاموس يعطي مفاتيحه؛ وسترقم enumerate المفاتيح لا الأزواج. استخدم dict.items() حين تريد المفتاح والقيمة.
• zip بأطوالٍ غير متساوية. العناصرُ بعد المدخل الأقصر تتلاشى بصمت. انتبه للفقدان، أو عبّئ بـ zip_longest.
• zip مكرِّرٌ ذو استخدامٍ واحد. يسلّمك p = zip(a, b) في بايثونِ 3 مكرِّرًا لا قائمةً: يستهلكه list(p)، فيكونَ list(p) الثاني فارغًا. حوّله مبكرًا بـ list(zip(a, b)) متى ستعودُ لزيارةِ الأزواجِ.