فهم القوائم (List Comprehensions)

تدوينُ بناءِ المجموعاتِ شيفرةً

لِلرياضياتِ طريقٌ مقتضَبٌ لوصفِ مجموعةٍ مبنيةٍ من أخرى: باني المجموعات. والفهمُ هو ذلك التدوينُ مكتوبًا مباشرةً:

اقرأ «مجموعةَ $x^2$، لكلِّ $x$ في هذا المصدر» ، وبايثونُ هي الجملةُ نفسها مقلوبةً شيفرةً:

# حلقة عادية
squares = []
for x in range(6):
    squares.append(x ** 2)

# فهم
squares = [x ** 2 for x in range(6)]
# [0, 1, 4, 9, 16, 25]

تهجّي الحلقةُ ثلاثَ حركاتٍ ، البدءَ فارغًا، والإضافةَ، والإعادةَ؛ بينما يعلن الفهمُ المجموعةَ كلَّها في سطرٍ واحدٍ يحاكي تشريحَ الباني: التعبيرُ في المقدمة، والمتغيرُ المَجالتُ خلفه.

التصفيةُ بالشروط

يحمل تدوينُ البناءِ أيضًا اختباراتِ إدماجٍ. فـ $\{w \in words \mid |w| > 2\}$ يصيرُ if في الذيل:

evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
# [0, 2, 4, 6, 8]

long_words = [w.upper() for w in ["hi", "hello", "hey"] if len(w) > 2]
# ['HELLO', 'HEY']

if في النهاية مصفاةٌ: لا يبلغُ التعبيرَ إلا ما اجتازها. يقطع العنصرُ الطريقَ تعبيرٌ ← مصفاةٌ ← قائمةٌ، بالترتيبِ الذي تُقرأ به الجملة.

If/else بصفته تعبيرًا

إنّ if...else الذي تعرفه تعبيرٌ ، ينتج قيمةً. ولصقُ واحدٍ قبل for يزرعه في خطّ البناء، مختارًا بحسب العنصرِ لا مصفِّيًا بحسبِه:

labels = ["even" if x % 2 == 0 else "odd" for x in range(5)]
# ['even', 'odd', 'even', 'odd', 'even']

الموضعانِ شوكةٌ بمهمتينِ مختلفتين: بعدَ for تصوّت الجملةُ على العناصر؛ وقبلَ for تسمّيها. أولاهما تطرح، وأخراهما تحوّل.

فهمُ القواميس

يبني الشكلُ نفسه أزواجَ الاقتران ، التعبيرُ يسارَ النقطتين يصيرُ المفتاحَ، والذي عن يمينهما القيمةَ:

squares_dict = {x: x**2 for x in range(6)}
# {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}

# عكس قاموس
original = {"a": 1, "b": 2}
inverted = {v: k for k, v in original.items()}
# {1: 'a', 2: 'b'}

العكسُ هو الشاهدُ الأنيق: تجوّل على items() وبادل أيُّ نصفٍ من كل زوجٍ يصيرُ المفتاحَ.

فهمُ المجموعات

الأقواسُ المعقوفةُ مع فهمٍ تنتج مجموعةً ، فُرضتِ الفرديةُ تلقائيًّا:

lengths = {len(word) for word in ["hello", "hi", "hey"]}
# {2, 3, 5}  (أطوال فريدة)

تنطوي ثلاثةُ أطوالٍ إلى مجموعةِ قيمٍ، مسقطةً ما تكرر كما يجبُ على مجموعةٍ.

الفهمُ المتداخلُ: المُسطِّح

المصفوفةُ قائمةُ صفوفٍ، وتسطيحُها حلقتانِ في تعبيرٍ واحدٍ ، اقرأ جُملتَي for من اليسار يمينًا، الخارجيةَ أولًا:

matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
flat = [num for row in matrix for num in row]
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

تفتح كلُّ for مستوىً: تجوب row القائمةَ الخارجيةَ، وتجوب num كلَّ صفٍّ، ويتبع ترتيبُ المجموعةِ الحلقتينِ حذوًا.

مثالٌ محلول: ثلاثُ سطورٍ من مُنشئِ المجموعات

حركاتُ الدرسِ الثلاثُ ، بناءٌ وتصفيةٌ وتسميةٌ ، سطرٌ لكلٍّ منها:

squares = [x ** 2 for x in range(2, 9)]
# [4, 9, 16, 25, 36, 49, 64]

numbers = [x for x in range(1, 11) if x % 3 == 0]
# [3, 6, 9]

labels = ["even" if x % 2 == 0 else "odd" for x in numbers]
# ['odd', 'even', 'odd']

أولُها هو $\{x^2 \mid x \in [2, 9)\}$ مكتوبٌ كما هو؛ وثانيها يصفّي قواسمَ $3$؛ وثالثها يسمّي كلَّ ناجٍ. ما يقوله مُنشئُ المجموعاتِ بنَفَسٍ واحدٍ، يتهجّاه الفهمُ في سطرٍ.

متى لا نستخدمُ الفهمَ

• حين تعقُد المنطقُ ، الحلقةُ العاديةُ تجني لها وضوحَها.
• حين يحتاج الجسمُ try/except ، لا متسعَ للفهمِ له.
• حين تُهمّ الآثارُ الجانبيةُ ، الطباعةُ والكتابةُ في ملفاتٍ ينبغي أن تكون جملًا متعمَّدةً لا تعبيراتٍ صامتةً.
• وضعُ if قبلَ for يسمّي ولا يصفّي. [x if x % 2 == 0 else 'odd' for x in ...] يُبقي كلَّ عنصرٍ، مسمًّى فحسب؛ ولا يُسقِطُ إلا if بعدَ for. في الموضعِ الخاطئِ يبقى المرفوضونَ صامتينَ.