Чтобы стать сертифицированным программистом начального уровня Python (PCEP), требуется глубокое понимание фундаментальных структур данных в Python, таких как списки и кортежи.

И списки, и кортежи способны хранить объекты в Python, но эти две структуры данных имеют ключевые различия в их использовании и синтаксисе. Чтобы помочь вам успешно сдать сертификационный экзамен PCEP, вот несколько важных советов по освоению этих структур данных.

1. Поймите разницу между списками и кортежами
Списки в Python изменяемы, то есть их можно изменять после создания. С другой стороны, кортежи неизменяемы, то есть их нельзя изменить после создания. Это означает, что кортежи требуют меньше памяти и в определенных ситуациях могут работать быстрее, чем списки, но обеспечивают меньшую гибкость.

Пример списка:

# creating a list of numbers
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
# modifying the list by changing the fourth element
numbers[3] = 10
print(numbers)
# output: [1, 2, 3, 10, 5]

Пример кортежа:

# creating a tuple of colors
colors = ("red", "green", "blue")
# trying to modify the tuple by changing the second element
colors[1] = "yellow" 
# this will result in an error as tuples are immutable

2. Ознакомьтесь с синтаксисом списков и кортежей
Списки обозначаются квадратными скобками [ ], а кортежи заключаются в круглые скобки ( ). Создать список или кортеж так же просто, как объявить значения переменной с использованием соответствующего синтаксиса. Помните, что кортежи нельзя изменить после инициализации, поэтому крайне важно использовать правильный синтаксис.

Пример списка:

# creating a list of fruits
fruits = ["apple", "banana", "orange"]

Пример кортежа:

# creating a tuple of colors
colors = ("red", "green", "blue")

3. Узнайте, как добавлять и удалять элементы
Списки имеют различные встроенные методы для добавления и удаления элементов, например,добавление(), расширение() и удаление(). С другой стороны, кортежи имеют меньше встроенных методов и не имеют методов для добавления или удаления элементов. Поэтому, если вам нужно изменить кортеж, вам придется создать новый вместо изменения существующего кортежа.

Пример списка:

# adding a new fruit to the end of the list
fruits.append("mango")
print(fruits)
# output: ["apple", "banana", "orange", "mango"]

# removing a fruit from the list
fruits.remove("banana")
print(fruits)
# output: ["apple", "orange", "mango"]

Пример кортежа:

# trying to add a fruit to the end of the tuple
fruits.append("mango")
# this will result in an error as tuples are immutable

# trying to remove a fruit from the tuple
fruits.remove("banana")
# this will also result in an error

4. Поймите разницу в производительности
Из-за своей неизменяемости кортежи обычно работают быстрее, чем списки. Обратите внимание на сценарии, в которых вам необходимо хранить фиксированную коллекцию элементов, и рассмотрите возможность использования кортежей вместо списков для повышения производительности.

Вы можете проверить разницу в производительности между списками и кортежами, используя модуль timeit в Python. Вот пример сравнения времени, необходимого для перебора списка и кортежа из 10 элементов:

# importing the timeit module
import timeit

# creating a list and a tuple with 10 elements
numbers_list = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
numbers_tuple = (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)

# testing the time it takes to iterate through the list
list_time = timeit.timeit('for num in numbers_list: pass', globals=globals(), number=100000)
print("Time taken for list: ", list_time)
# output: Time taken for list: 0.01176179499915356 seconds

# testing the time it takes to iterate through the tuple
tuple_time = timeit.timeit('for num in numbers_tuple: pass', globals=globals(), number=100000)
print("Time taken for tuple: ", tuple_time)
# output: Time taken for tuple: 0.006707087000323646 seconds

Как видите, перебор кортежа происходит немного быстрее, чем перебор списка.

5. Понимание подходящих вариантов использования списков и кортежей
Списки подходят для хранения коллекций элементов, которые могут меняться со временем, поскольку их можно легко изменить. Напротив, кортежи идеально подходят для постоянных коллекций элементов, которые должны оставаться неизменными. Например, хотя список может подойти для списка покупок, который может меняться, кортеж больше подойдет для хранения дней недели, поскольку они остаются неизменными.

Пример списка:

# creating a list of groceries
grocery_list = ["milk", "bread", "eggs", "chicken"]
# adding a new item to the grocery list
grocery_list.append("bananas")

Пример кортежа:

# creating a tuple of weekdays
weekdays = ("Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday")
# trying to add a new day to the tuple
weekdays.append("Saturday")
# this will result in an error as tuples cannot be modified after creation

6. Помните об использовании памяти
Списки потребляют больше памяти, чем кортежи, из-за своей гибкости, а кортежи занимают меньше места из-за своей неизменяемости. Это особенно важно учитывать при работе с большими наборами данных или приложениями, интенсивно использующими память.

Вы можете использовать модуль sys в Python для проверки использования памяти переменными. Вот пример сравнения использования памяти списком и кортежем с одним миллионом элементов:

# importing the sys module
import sys

# creating a list with one million elements
numbers_list = list(range(1000000))
# checking the memory usage of the list
list_memory = sys.getsizeof(numbers_list)
print("Memory usage for list: ", list_memory)
# output: Memory usage for list:  9000112 bytes

# creating a tuple with one million elements
numbers_tuple = tuple(range(1000000))
# checking the memory usage of the tuple
tuple_memory = sys.getsizeof(numbers_tuple)
print("Memory usage for tuple: ", tuple_memory)
# output: Memory usage for tuple: 4000072 bytes

Вы можете видеть, что кортежи потребляют меньше памяти по сравнению со списками.

7. Знайте, как перебирать списки и кортежи
И списки, и кортежи можно перебирать с помощью циклов, но из-за их неизменяемости кортежи могут работать немного быстрее. Также обратите внимание, что списки могут хранить данные любого типа, а кортежи могут содержать только хэшируемые элементы. Это означает, что кортежи можно использовать в качестве ключей словаря, а списки — нет.

Пример списка:

# creating a list of numbers
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
# iterating through the list and checking if a number is present
for num in numbers:
    if num == 3:
        print("Number 3 is present in the list")
# output: Number 3 is present in the list

Пример кортежа:

# creating a tuple of colors
colors = ("red", "green", "blue")
# iterating through the tuple and checking if a color is present
for color in colors:
    if color == "yellow":
        print("Yellow is one of the colors in the tuple")
# this will not print anything as yellow is not present in the tuple

8. Ознакомьтесь со встроенными функциями и операциями
Хотя списки имеют больше встроенных методов по сравнению с кортежами, обе структуры данных имеют ряд встроенных функций и операторов, с которыми вам следует ознакомиться для экзамена PCEP. К ним относятся такие функции, как len(), max() и min(), а также операторы in и not in для проверки того, находится ли элемент в списке или кортеже.

Пример списка:

# creating a list of even numbers
numbers = [2, 4, 6, 8, 10]
# using the len() function to get the length of the list
print("Length of the list: ", len(numbers))
# output: Length of the list: 5
# using the in and not in operators to check if a number is present in the list
print(12 in numbers)
# output: False
print(5 not in numbers)
# output: True

Пример кортежа:

# creating a tuple of colors
colors = ("red", "green", "blue")
# using the max() function to get the maximum element in the tuple
print("Maximum color: ", max(colors))
# output: Maximum color: red
# using the in and not in operators to check if a color is present in the tuple
print("yellow" in colors)
# output: False
print("green" not in colors)
# output: False

Понимая различия, подходящие варианты использования и синтаксис списков и кортежей, вы будете хорошо подготовлены к экзамену PCEP. Не забудьте попрактиковаться в использовании этих структур данных в различных сценариях, чтобы закрепить свои знания и повысить шансы на сдачу экзамена. Имейте в виду, что с практикой приходит совершенство!