12 Plus sur les listes¶
Nous avons vu les listes dès le chapitre 4 et les avons largement utilisées depuis le début de ce cours. Dans ce chapitre, nous allons plus loin avec les méthodes associées aux listes, ainsi que d'autres caractéristiques très puissantes telles que les tests d'appartenance ou les listes de compréhension.
12.1 Méthodes associées aux listes¶
Comme pour les chaînes de caractères, les listes possèdent de nombreuses méthodes qui leurs sont propres. On rappelle qu'une méthode est une fonction qui agit sur l'objet auquel elle est attachée par un point.
12.1.1 .append()¶
La méthode .append(), que l'on a déjà vu au chapitre 4 Listes, ajoute un élément à la fin d'une liste :
qui est équivalent à :
Préférez la version avec .append() qui est plus compacte et facile à lire.
12.1.2 .insert()¶
La méthode .insert() insère un objet dans une liste à un indice déterminé :
12.1.3 del¶
L'instruction del supprime un élément d'une liste à un indice déterminé :
Contrairement aux méthodes associées aux listes présentées dans cette rubrique, del est une instruction générale de Python, utilisable pour d'autres objets que des listes. Celle-ci ne prend pas de parenthèse.
12.1.4 .remove()¶
La méthode .remove() supprime un élément d'une liste à partir de sa valeur :
S'il y a plusieurs fois la même valeur dans la liste, seule la première est retirée. Il faut appeler la méthode .remove() autant de fois que nécessaire pour retirer toutes les occurences d'un même élément :
>>> liste1 = [1, 2, 3, 4, 3]
>>> liste1.remove(3)
>>> liste1
[1, 2, 4, 3]
>>> liste1.remove(3)
>>> liste1
[1, 2, 4]
12.1.5 .sort()¶
La méthode .sort() trie les éléments d'une liste du plus petit au plus grand:
L'argument reverse=True spécifie le tri inverse, c'est-à-dire du plus grand au plus petit élément :
12.1.6 sorted()¶
La fonction sorted() trie également une liste.
Contrairement à la méthode précédente .sort(), cette fonction renvoie la liste triée et ne modifie pas la liste initiale :
La fonction sorted() supporte aussi l'argument reverse=True :
12.1.7 .reverse()¶
La méthode .reverse() inverse une liste :
12.1.8 .count()¶
La méthode .count() compte le nombre d'éléments (passés en argument) dans une liste :
12.1.9 Particularités des méthodes associées aux listes¶
De nombreuses méthodes mentionnées précédemment (.append(), .sort(), etc.) modifient la liste, mais ne renvoient pas d'objet récupérable dans une variable. Il s'agit d'un exemple d'utilisation de méthode (donc de fonction particulière) qui fait une action, mais qui ne renvoie rien. Pensez-y dans vos utilisations futures des listes. Ainsi, même si l'instruction var = liste1.reverse() est une instruction Python valide, var ne contiendra que None c'est-à-dire un objet vide en Python, préférez-lui directement l'instruction liste1.reverse() :
>>> liste1 = [1, 2, 3]
>>> var = liste1.reverse()
>>> var
>>> print(var)
None
>>> liste1
[3, 2, 1]
>>> liste2 = [5, 6, 7]
>>> liste2.reverse()
>>> liste2
[7, 6, 5]
Pour exprimer la même idée, la documentation parle de modification de la liste « sur place » (in place en anglais) :
>>> liste1 = [1, 2, 3]
>>> help(liste1.reverse)
Help on built-in function reverse:
reverse() method of builtins.list instance
Reverse *IN PLACE*.
Cela signifie que la liste est modifiée « sur place », c'est-à-dire dans la méthode au moment où elle s'exécute. La liste étant modifiée « en dur » dans la méthode, cette dernière ne renvoie donc rien. L'explication du mécanisme sous-jacent vous sera donnée dans la rubrique 13.4 Portée des listes du chapitre 13 Plus sur les fonctions.
Par ailleurs, certaines méthodes ou instructions des listes décalent les indices d'une liste (par exemple .insert(), del, etc.).
Enfin, pour obtenir une liste exhaustive des méthodes disponibles pour les listes, utilisez la fonction dir(liste1) (liste1 étant une liste).
12.2 Construction d'une liste par itération¶
La méthode .append() est très pratique car on peut l'utiliser pour construire une liste au fur et à mesure des itérations d'une boucle.
Pour cela, il est commode de définir préalablement une liste vide avec l'instruction liste1 = []. Voici un exemple où une chaîne de caractères est convertie en liste :
>>> seq = "CAAAGGTAACGC"
>>> seq_list = []
>>> seq_list
[]
>>> for base in seq:
... seq_list.append(base)
...
>>> seq_list
['C', 'A', 'A', 'A', 'G', 'G', 'T', 'A', 'A', 'C', 'G', 'C']
Remarquez que dans cet exemple, vous pouvez aussi utiliser directement la fonction list() qui prend n'importe quel objet séquentiel (liste, chaîne de caractères, etc.) et qui renvoie une liste :
Cette méthode est certes plus simple, mais il arrive parfois qu'on doive utiliser des boucles tout de même, comme lorsqu'on lit un fichier. Nous vous rappellons que l'instruction list(seq) convertit un objet de type chaîne de caractères en un objet de type liste (il s'agit donc d'une opération de casting). De même que list(range(10)) convertit un objet de type range en un objet de type list.
12.3 Test d'appartenance¶
L'opérateur in teste si un élément fait partie d'une liste :
liste1 = [1, 3, 5, 7, 9]
>>> 3 in liste1
True
>>> 4 in liste1
False
>>> 3 not in liste1
False
>>> 4 not in liste1
True
not permet, a contrario, de vérifier qu'un élément n'est pas dans une liste.
12.4 Fonction zip()¶
Si vous êtes débutant, vous pouvez sauter cette rubrique.
La fonction zip() de Python permet d'itérer sur plusieurs listes en parallèle :
>>> animaux = ["poulain", "renard", "python"]
>>> couleurs = ["alezan", "roux", "vert"]
>>> zip(animaux, couleurs)
<zip object at 0x7f6cf954a480>
>>> type(zip(animaux, couleurs))
<class 'zip'>
>>> for element in zip(animaux, couleurs):
... print(element)
...
('poulain', 'alezan')
('renard', 'roux')
('python', 'vert')
>>> for animal, couleur in zip(animaux, couleurs):
... print(f"le {animal} est {couleur}")
...
le poulain est alezan
le renard est roux
le python est vert
Lignes 3 et 6. On passe en argument deux listes à zip() qui génère un nouvel objet de type zip. Comme pour les objets de type map vu au chapitre 11 Plus sur les chaînes de caractères, les objets zip sont itérables.
Lignes 7 à 12. Lorsqu'on itère sur un objet zip, la variable d'itération est un tuple. À la première itération, on a un tuple avec le premier élément de chaque liste utilisée pour générer l'objet zip, à la deuxième itération, ce sera le deuxième élément, et ainsi de suite.
Lignes 13 à 18. Avec l'affectation multiple, on peut affecter à la volée les éléments à des variables différentes (comme avec enumerate() dans les chapitres 5 Boucles et 8 Dictionnaires et tuples).
Un objet zip est aussi utile pour générer facilement une liste de tuples.
Si une des listes passée en argument n'a pas la même longueur, l'objet zip s'arrête sur la liste la plus courte :
>>> animaux = ["poulain", "renard", "python", "orque"]
>>> couleurs = ["alezan", "roux", "vert"]
>>> list(zip(animaux, couleurs))
[('poulain', 'alezan'), ('renard', 'roux'), ('python', 'vert')]
On peut empêcher ce comportement avec l'argument par mot-clé strict, qui renvoie une erreur si les listes n'ont pas la même longueur :
>>> list(zip(animaux, couleurs, strict=True))
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: zip() argument 2 is shorter than argument 1
Enfin, il est possible de créer des objets zip avec autant de listes que l'on veut :
>>> animaux = ["poulain", "renard", "python"]
>>> couleurs = ["alezan", "roux", "vert"]
>>> numero = [1, 2, 3]
>>> list(zip(numero, animaux, couleurs))
[(1, 'poulain', 'alezan'), (2, 'renard', 'roux'), (3, 'python', 'vert')]
La fonction zip() fonctionne sur n'importe quel objet itérable : listes, tuples, dictionnaires, objets range, etc.
12.5 Copie de listes¶
Il est très important de savoir que l'affectation d'une liste (à partir d'une liste préexistante) crée en réalité une référence et non une copie :
>>> liste1 = [1, 2, 3]
>>> liste2 = liste1
>>> liste2
[1, 2, 3]
>>> liste1[1] = -15
>>> liste1
[1, -15, 3]
>>> liste2
[1, -15, 3]
Vous voyez que la modification de liste1 modifie liste2 aussi ! Pour comprendre ce qu'il se passe, nous allons de nouveau utiliser le site Python Tutor avec cet exemple (Figure 1) :
Techniquement, Python utilise des pointeurs (comme dans le langage de programmation C) vers les mêmes objets. Python Tutor l'illustre avec des flèches qui partent des variables liste1 et liste2 et qui pointent vers la même liste. Donc, si on modifie la liste liste1, la liste liste2 est modifiée de la même manière. Rappelez-vous de ceci dans vos futurs programmes, car cela pourrait avoir des effets désastreux !
Pour éviter ce problème, il va falloir créer une copie explicite de la liste initiale. Observez cet exemple :
L'instruction liste1[:] a créé une copie « à la volée » de la liste liste1. Vous pouvez utiliser aussi la fonction list(), qui renvoie explicitement une liste:
[:] ou de la fonction list() crée des copies explicites. Chaque flèche pointe vers une liste différente, indépendante des autres.
![Copie de liste avec une tranche [:] et la fonction list().](../img/copy_list2.png)
Attention, les deux astuces précédentes ne fonctionnent que pour les listes à une dimension, autrement dit les listes qui ne contiennent pas elles-mêmes d'autres listes. Voyez par exemple :
>>> liste1 = [[1, 2], [3, 4]]
>>> liste1
[[1, 2], [3, 4]]
>>> liste2 = liste1[:]
>>> liste1[1][1] = 55
>>> liste1
[[1, 2], [3, 55]]
>>> liste2
[[1, 2], [3, 55]]
et
>>> liste2 = list(liste1)
>>> liste1[1][1] = 77
>>> liste1
[[1, 2], [3, 77]]
>>> liste2
[[1, 2], [3, 77]]
La méthode de copie qui fonctionne à tous les coups consiste à appeler la fonction deepcopy() du module copy :
>>> import copy
>>> liste1 = [[1, 2], [3, 4]]
>>> liste1
[[1, 2], [3, 4]]
>>> liste2 = copy.deepcopy(liste1)
>>> liste1[1][1] = 99
>>> liste1
[[1, 2], [3, 99]]
>>> liste2
[[1, 2], [3, 4]]
12.6 Initialisation d'une liste de listes¶
Un dernier écueil que vous pourrez rencontrer concerne l'initialisation d'une liste de listes avec l'opérateur *. Imaginons que l'on souhaite représenter un tableau de nombre et l'initialiser avec des 0. Nous pourrions être tentés d'utiliser la duplication de listes :
Le problème est que si on modifie un élément d'une des sous-listes :
Vous constatez qu'il est modifié dans chaque sous-liste ! À l'aide de Python Tutor on voit que Python crée une référence vers la même sous-liste (Figure 13) :
Comme disent les auteurs dans la documentation officielle : Note that items in the sequence are not copied; they are referenced multiple times. This often haunts new Python programmers. Pour éviter le problème, on peut utiliser une boucle :
>>> liste1 = []
>>> for i in range(5):
... liste1.append([0, 0, 0])
...
>>> liste1
[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
>>> liste1[2][0] = -12
>>> liste1
[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [-12, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
On verra dans la rubrique suivante une manière très compacte de faire cela avec les listes de compréhension.
Même si une liste de listes peut représenter un tableau de nombres, il ne faut pas la voir comme un objet mathématique de type matrice. En effet, le concept de lignes et colonnes n'est pas défini clairement, on ne peut pas faire d'opérations matricielles simplement, etc. On verra dans le chapitre 20 Module Numpy qu'il existe des objets appelés arrays qui sont faits pour ça.
12.7 Liste de compréhension¶
Si vous êtes débutant, vous pouvez sauter cette rubrique.
En Python, la notion de liste de compréhension (ou compréhension de listes) représente une manière originale et très puissante de générer des listes. La syntaxe de base consiste au moins en une boucle for au sein de crochets précédés d'une variable (qui peut être la variable d'itération ou pas) :
>>> [i for i in range(10)]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> [2 for i in range(10)]
[2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2]
Pour plus de détails, consultez à ce sujet le site de Python et celui de Wikipédia.
Voici quelques exemples illustrant la puissance des listes de compréhension.
12.7.1 Initialisation d'une liste de listes¶
Une liste de compréhension permet l'initialisation d'une liste de listes en une ligne sans avoir l'inconvénient de faire une référence vers la même sous-liste (voir rubrique précédente) :
>>> liste1 = [[0, 0, 0] for i in range(5)]
>>> liste1
[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
>>> liste1[2][0] = -12
>>> liste1
[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [-12, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
12.7.2 Nombres pairs compris entre 0 et 30¶
>>> print([i for i in range(31) if i % 2 == 0])
[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30]
12.7.3 Jeu sur la casse des mots d'une phrase¶
>>> message = "C'est sympa la BioInfo"
>>> msg_lst = message.split()
>>> print([[m.upper(), len(m)] for m in msg_lst])
[["C'EST", 5], ['SYMPA', 5], ['LA', 2], ['BIOINFO', 7]]
12.7.4 Formatage d'une séquence avec 60 caractères par ligne¶
Exemple d'une séquence constituée de 150 alanines :
# Exemple d'une séquence de 150 alanines.
>>> seq = "A" * 150
>>> width = 60
>>> seq_split = [seq[i:i+width] for i in range(0, len(seq), width)]
>>> print("\n".join(seq_split))
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
12.7.5 Formatage FASTA d'une séquence¶
Exemple d'une séquence constituée de 150 alanines :
>>> com = "Séquence de 150 alanines"
>>> seq = "A" * 150
>>> width = 60
>>> seq_split = [seq[i:i+width] for i in range(0, len(seq), width)]
>>> print(">"+com+"\n"+"\n".join(seq_split))
>séquence de 150 alanines
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
12.7.6 Sélection des carbones alpha dans un fichier PDB¶
Exemple avec la structure de la barstar :
>>> with open("1bta.pdb", "r") as f_pdb:
... CA_lines = [
... line for line in f_pdb
... if line.startswith("ATOM") and line[12:16].strip() == "CA"
... ]
...
>>> print(len(CA_lines))
89
Pour plus de lisiblité, il est possible de répartir la liste de compréhension sur plusieurs lignes.
12.7.7 Portée des variables dans une liste de compréhension¶
Contrairement à une boucle for, la variable d'itération d'une liste de compréhension n'est pas accessible en dehors de la liste de compréhension elle-même. Par exemple :
>>> liste_a = []
>>> for idx_a in range(10):
... liste_a.append(idx_a)
...
>>> print(liste_a)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> print(idx_a)
9
>>>
>>> liste_b = [idx_b for idx_b in range(10)]
>>> print(liste_b)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> print(idx_b)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'idx_b' is not defined. Did you mean: 'idx_a'?
La variable d'itération idx_a reste disponible en dehors de la boucle for. Par contre, la variable d'itération idx_b n'est pas disponible en dehors de la liste de compréhension, car elle est créée « à la volée » par Python puis éliminée une fois l'instruction exécutée.
12.8 Exercices¶
Pour ces exercices, créez des scripts puis exécutez-les dans un shell.
12.8.1 Tri de liste¶
Soit la liste de nombres [8, 3, 12.5, 45, 25.5, 52, 1]. Triez les nombres de cette liste par ordre croissant, sans utiliser la fonction sort(). Les fonctions et méthodes min(), .append() et .remove() vous seront utiles.
12.8.2 Séquence d'ADN aléatoire¶
Créez une fonction seq_alea() qui prend comme argument un entier positif taille représentant le nombre de bases de la séquence et qui renvoie une séquence d'ADN aléatoire sous forme d'une chaîne de caractères.
Utilisez la fonction random.choices() présentée dans le chapitre 9 Modules.
Utilisez la fonction seq_alea() pour générer aléatoirement une séquence d'ADN de 15 bases.
12.8.3 Séquence d'ADN complémentaire inverse¶
Créez une fonction gen_comp_inv() qui prend comme argument une séquence d'ADN sous la forme d'une chaîne de caractères, qui renvoie la séquence complémentaire inverse sous la forme d'une autre chaîne de caractères et qui utilise des méthodes associées aux listes. Dans cette fonction, utilisez un dictionnaire {"A": "T", "T": "A", "G": "C", "C": "G"} donnant la correspondance entre nucléotides des brins direct et complémentaire.
Utilisez cette fonction pour transformer la séquence d'ADN TCTGTTAACCATCCACTTCG en sa séquence complémentaire inverse.
Rappel : la séquence complémentaire inverse doit être « inversée ». Par exemple, la séquence complémentaire inverse de la séquence ATCG est CGAT.
12.8.4 Doublons¶
Soit la liste de nombres liste1 = [5, 1, 1, 2, 5, 6, 3, 4, 4, 4, 2]. À partir de liste1, créez une nouvelle liste sans les doublons, triez-la et affichez-la.
12.8.5 Séquence d'ADN aléatoire 2¶
Créez une fonction seq_alea_2() qui prend comme argument un entier et quatre floats, représentant respectivement la longueur de la séquence et les pourcentages de chacune des quatre bases A, T, G et C. La fonction générera aléatoirement une séquence d'ADN qui prend en compte les contraintes fournies en arguments et renverra la séquence sous forme d'une chaîne de caractères.
Utilisez cette fonction pour générer aléatoirement une séquence d'ADN de 50 bases contenant 10 % de A, 30 % de T, 50 % de G et 10 % de C.
Utilisez la fonction random.choises() avec les paramètres k et weights. Le paramètre k spécifie le nombre de tirages aléatoires à réaliser et le paramètre weights indique les probabilités de tirage.
Par exemple, pour réaliser 10 tirages aléatoires entre les lettres A et B avec 80% de A et 20% de B, on utilise la fonction random.choices() de la manière suivante :
>>> import random
>>> random.choices("AB", k=10, weights=[80, 20])
['A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'A', 'B', 'A', 'B']
N'hésitez pas à consulter la documentation de la fonction random.choices() pour plus de détails.
12.8.6 Le nombre mystère¶
Trouvez le nombre mystère qui répond aux conditions suivantes :
- Il est composé de trois chiffres.
- Il est strictement inférieur à 300.
- Il est pair.
- Deux de ses chiffres sont identiques.
- La somme de ses chiffres est égale à 7.
On vous propose d'employer une méthode dite « brute force », c'est-à-dire d'utiliser une boucle et à chaque itération de tester les différentes conditions.
12.8.7 Codes une et trois lettres des acides aminés¶
On donne les deux listes suivantes décrivant quelques acides aminés en code une et trois lettres :
Avec la fonction zip() et une boucle, générez la sortie suivante :
L'acide aminé se note A ou Ala
L'acide aminé se note V ou Val
L'acide aminé se note L ou Leu
L'acide aminé se note M ou Met
L'acide aminé se note P ou Pro
12.8.8 Triangle de Pascal (exercice +++)¶
Voici le début du triangle de Pascal :
Déduisez comment une ligne est construite à partir de la précédente. Par exemple, à partir de la ligne 2 (1 1), construisez la ligne suivante (ligne 3 : 1 2 1) et ainsi de suite.
Implémentez cette construction en Python. Généralisez à l'aide d'une boucle.
Écrivez dans un fichier pascal.out les 10 premières lignes du triangle de Pascal.