Python для начинающих: какая разница между tuple, list и set?

Язык программирования Python предоставляет четыре встроенных типа данных для хранения коллекций из объектов. Все они наделены различными свойствами и характеристиками: list (список), tuple (кортеж), set (множество) и dictionary (словарь).

В статье обсудим различия между списками, кортежами, множествами и словарями, а также поразмышляем, когда лучше использовать каждый из встроенных типов последовательностей Python.

Примечание: поскольку словарь связывает соответствующие значения с ключами, а это совсем другой сценарий использования по сравнению со списками, множествами и кортежами (которые просто содержат значения), словарь не участвует в обсуждении.

Зачем вообще выбирать?

По большей части любая из последовательностей Python применяется на практике без особых проблем, в любом приложении. Однако представьте, что перед вами поставлена легендарная задача найти иголку в стоге сена: какой тип данных Python эффективнее всего справится с такой задачей с точки зрения скорости и памяти?

Может стог сена  —  это список? Как насчет кортежа? Почему бы не использовать множества всегда? На какие предостережения следует обратить внимание?

Давайте разберёмся.

Отличия между списком, кортежем и множеством

• Отличие 1: дубликаты.
  Говоря проще, List и Tuple в Python как двойняшки разного пола, а тип данных Set для них как двоюродный брат. В отличие от списков или кортежей, множество не содержит дубликатов. Другими словами, элементы множества всегда уникальны. Получается, что множество удобно удаляет дубликаты, словно создано именно для этого.

set_example = {1, 1, 2, 3, 3, 3}

# {1, 2, 3}



fruit_set = {'🍎', '🍓', '🍐', '🍎', '🍎', '🍓'}

# {'🍎', '🍐', '🍓'}

• Отличие 2: упорядоченность.
  Наверняка вы слышали утверждение “множества и словари в Python не упорядочены”, но на сегодняшний день  —  это лишь половина правды в зависимости от того, какой версией Python вы пользуетесь. До Python версии 3.6 словари и множества действительно не сохраняли порядок элементов, но начиная с Python 3.7, dictionary и set официально упорядочены по времени добавления элементов. А вот list и tuple  —  это всегда упорядоченные последовательности объектов. 

# Пример тогда ещё неупорядоченного множества в Python версии 3.5



fruit_size = {} 

>>> fruit_size['🍎'] = 12 

>>> fruit_size['🍐'] = 16 

>>> fruit_size['🍇'] = 20 

>>> fruit_size

{'🍎': 12, '🍇': 20, '🍐': 16}

• Отличие 3: индексация.
  Что списки, что кортежи  —  оба поддерживают индексацию и срезы, а вот множества  —  нет.

fruit_list = ['🍎', '🍓', '🍐']

fruit_list[1]

# '🍓'



animal_tuple = ('🐶', '🐱', '🐮')

animal_tuple[2]

# '🐮'



vehicle_set = {'🚐', '🏍', '🚗'}

vehicle_set[0]

# TypeError: 'set' object is not subscriptable

Когда выбирать список, а когда  —  кортеж?

Как упоминалось в руководстве ранее, кортеж  —  неизменяемый тип данных, тогда как список  —  изменяемый. Кроме того, размер кортежа фиксированный, а вот размер списка  —  динамический.

a_tuple = tuple(range(1000))

a_list = list(range(1000))



a_tuple.__sizeof__()  # 8024 байта

a_list.__sizeof__()   # 9088 байт

• Список подходит, если:

1. Последовательность планируется изменять.
2. Планируется постепенно добавлять новые элементы в последовательность или удалять старые.

• Кортеж подходит, если:

1. Последовательность НЕ планируется изменять.
2. Все, что нужно от последовательности  —  это возможность поочередно перебирать постоянный набор элементов.
3. Нужна последовательность элементов для ее назначения в качестве ключа словаря. Поскольку списки  —  это изменяемый тип данных, их нельзя применять в качестве ключей словаря.
4. Важна скорость выполнения операций с последовательностью: из-за отсутствия возможности изменения, кортежи работают куда быстрее списков.

Когда выбирать множества?

Базовая структура типа данных “множество”  —  это хеш-таблица (Hash Table). Поэтому множества очень быстро справляются с проверкой элементов на вхождение, например содержится ли объект x в последовательности a_set.

Идея заключается в том, что поиск элемента в хэш-таблице  —  это операция O(1), то есть операция с постоянным временем выполнения.

Получается, всегда надо использовать множество?

По сути, если не нужно хранить дубликаты, то множество будет лучшим выбором, чем список. 

Выводы

“Преждевременная оптимизация  —  корень всех зол”.

Итак, самое главное, что вам стоит запомнить по поводу списков, кортежей и множеств.

1. Если необходимо хранить дубликаты, то выбирайте список или кортеж.
2. Если НЕ планируется изменять последовательность после ее создания, то выбирайте кортеж, а не список.
3. Если НЕ нужно хранить дубликаты, то воспользуйтесь множеством, так как они значительно быстрее определяют наличие объекта в последовательности.

В конечном итоге, по большей части не стоит слишком сильно задумываться о том, какого же типа данных последовательностью воспользоваться. 

Главное  —  помнить о похожих чертах и особенностях встроенных типов данных Python.