Introdução aos vetores em Python

Como estudado no texto a respeito do conceito de vetores, um vetor é uma sequência de dados ocupando posições consecutivas de memória e por isso existe uma ordem natural (o primeiro elemento, o segundo e assim por diante). A grande vantagem de usar vetor é poder trabalhar com um grande número de variáveis utilizando um único nome (para a variável). Para isso existe uma sintaxe especial para pegar elementos do vetor em posições específicas (como o primeiro elemento ou o décimo elemento).

A linguagem Python encapsula bastante o conceito de vetor, agregando funcionalidades e por isso geralmente o material didático sobre vetores em Python utiliza o nome lista.

Eventualmente é interessante implementar um código que possibilite a entrada de vários valores, com um único ENTER. Por exemplo, se estiver copiando uma sequência de dados de uma tabela.

Para fazer isso em Python é necessário algum "truque" para, ler tudo como uma cadeia de caracteres (string), depois quebrá-la e transformar nos valores adequados. Além disso, existe uma grande distinção se estiver usando Python 2 ou Python 3, no Python 2 é preciso usar uma função especial, a raw_input, que no Python 3 sumiu! No 3, o input() passou a ler tudo como caracteres.

O truque básico é ler como string, quebrar em itens (usando os separadores, geralmente espaço em branco) e por fim converter para o tipo desejado. Por exemplo, para ler dois valores, o primeiro sendo inteiro e o seguindo flutuante, podemos fazer:

Note que usamos um formatador especial %d para valores inteiros e %f para ponto flutuante.

No exemplo acima precisamos converter o primeiro item para inteiro e o segundo para flutuante. Entretanto se todos itens forem de mesmo tipo, existe uma função que realiza automática o laço percorrendo todos os elementos e convertendo um a uma, é o mapeamento map, como ilustrado abaixo. Experimente o código com um única linha de entrada de dados: 0.0 1.0 1.5 2.0 3.0 3.5 <ENTER>.

O comando linha.split() (método) percorre os dados da cadeia de caracteres, quebrando-o em itens (separados por espaço em branco).
O comando map(float, itens) percorre os dados do vetor/lista itens, tentando transformar seus elementos em flutuante (se algum deles não puder tornar-se flutuante, um erro é lançado).
O comando vet = list(.) gera uma lista (tem comportamement semelhante aos "velhos" vetores de outras linguagens), que portanto poder ser indexada (como em vet[0]).

Note que os formatadores %d e %f foram usado com parâmetros, %2d e %4.1f. O primeiro indica que devemos ajutar 2 posições à direita e o segundo ajustar 4 posições à direito e usar apenas 1 casa decimal. Estes formatadores permitem saídas mais interessantes, em particular a construção de tabelas.

Se desejar examinar um código com várias opções sobre entrada de valores em uma única linha, pegue esta versão para Python 3 ou se ainda usar o Python 2, pegue este código.
Esperimente realizar alterações no código, examine os formatadores, troque "float" por "int", mude a forma de digitar os dados, examine e procure compreender as mensagens de erro, acerte-a.
Teste até estar seguro de ter entendido o split, o map e os formatadores %d e %f.

Pode-se construir uma lista em Python fornecendo todos seus elementos, como em: vet = [21, 22, 23, 24]; (o finalizador ; só é obrigatório se tiver mais de um comando na mesma linha).

Pode-se também construir uma lista em Python de modo interativo, agregando novo elemento a cada passo usando a função comando append(.), como em: vet.append(10+i);, que anexa o elemento de valor 10+i à lista.

No exemplo a seguir construímos uma lista com n (usando o valor fixo 10 no código) elementos, iniciando no 10+i e seguindo até o 10+n-1. Nesse exemplo ilustramos o uso de iterador (in) e o anexador de novo elemento em lista (append).

# Python2 para 'print' sem pular linha : print("*" , end = "");
from __future__ import print_function

n = 10;

# Definir vetor/lista com: (10,11,12,13,...10+n-1)
vet = []; # define um vetor vazio
for i in range(0, n, 1) : # ou mais simples neste caso "for i in range(n)"
  vet.append(10+i); # anexe mais um elemento `a lista
# Imprime o vetor/lista de uma so' vez (na mesma linha)
print("\nO vetor: ", end=""); # informe o que vira impresso a seguir (na mesma linha devido ao parametro end=""
print(vet);

# Imprimir vet em linha unica na forma "( 0,  0) ( 1,   1)..."
print("\nNovamente o vetor impresso de 2 modos: "); # informe o que vira impresso a seguir (e "quebre" a linha)
i = 0;
for item in vet : # "item in vet" e' um iterador, item comeca em vet[0], depois vet[1] e assim por diante
  print("(%2d, %2d) " % (item, vet[i]), end="");
  i += 1;
print(); # quebre a linha

Em Python é possível definir um vetor com caracteres, formando uma palavra, ou seja, uma cadeia de caracteres, que abreviadamente é denominada "string". Para isso pode-se fazer uma atribuição como constante ou ler os dados como palavra. Isso é ilustrado no exemplo abaixo.

# Definir "string"
string = "0123456789abcdefghih"; # (1)
# Imprimir cada caractere da string com seu codigo ASCII
print("\nImprime caracteres e seus codigos ASCII na forma de tabela\nColuna 1 => caractere; coluna 2 => seu codigo ASCII");
for char in string : # iterador
   print("%20c : %3d" % (char, ord(char))); # funcao ord(.) devolve codigo ASCII do caractere parametro
print(); # quebre a linha

# Agora um entrada de dados via teclado e pegando uma frase como "string" (o ENTER finaliza a frase)
print("Digite uma frase e tecle ENTER/CR");
string = input(); # se usar Python 2 precisa trocar 'input' por 'raw_input'
print("Foi digitada uma frase com %d caracteres: %s" % (len(string), string));

# Observacao: se definiu um vetor como "string" como em (1) acima, NAO e' possivel alterar a "string", por exemplo,
# o comando abaixo resulta erro "TypeError: 'str' object does not support item assignment"
# string[2] = '*'; # isso resultaria erro! experimente

Ao declarar uma lista/tupla, significa que associamos um nome de variável à uma sequência de posições de memória, sendo que cada item pode ter um tamanho distinto dos demais, como em l = [1,[2],"tres"];. Uma diferença essencial entre lista (como l = [1,2,3];) e tupla (como l = (1,2,3);) é que uma lista é mutável (que pode ser alterada) e tupla é imutável (impossível de alterar algum elemento).

Por exemplo, ao declarar a tupla com v = (1,2,3);, além do espaço com informações sobre a tupla, são reservadas 3 posições de memória, uma para cada elemento da tupla. Deve-se destacar que usar um comando do tipo aux = v;, seja v uma lista ou uma tupla, não implica em copiar v, mas sim ter uma nova referência para v. Assim, no caso de lista, que portanto pode ser alterada, ao usar os comandos
     v = [1,2,3]; aux = v; aux[2] = -1; print(v);
será impresso na tela: [1, 2, -1], ou seja, o elemento da posição 2 de v foi alterado para -1.

Mas existe uma função em uma biblioteca Python que copia listas genéricas (copy). No exemplo a seguir ilustramos como fazer copia de listas ou tuplas.

import copy # para funcao 'copy(.)'
def copiar (lst_tpl) : # funcao para copiar elementos de lista/tupla gerando lista nova
  lista = [];
  for item in lst_tpl : lista.append(item);
  return lista;

lista = [1,2,[3]]; # define lista com 3 elementos, sendo o terceiro uma lista com 1 elemento
aux = lista;
aux[2] = -1; # alterou lista[2]
print("Lista: lista = %s" % lista);

lista = [1,2,[3]]; # lista
print("Lista: lista = %s" % lista);
aux1 = copy.copy(lista); # copiar com funcao "copy(.)" de biblioteca "copy"
aux2 = list(lista);      # copiar com gerar de lista "list(.)"
aux3 = copiar(lista);    # copiar com funcao local "copiar(.)"

aux1[2] = -1; # NAO alterou lista[2]
aux2[2] = -1; # NAO alterou lista[2]
aux3[2] = -1; # NAO alterou lista[2]
print("aux1=%s, lista=%s" % (aux1, lista));
print("aux2=%s, lista=%s" % (aux2, lista));
print("aux3=%s, lista=%s" % (aux3, lista));

tupla = [1,2,[3]]; # tupla
print("Tupla: tupla = %s" % tupla);
aux1 = copy.copy(tupla); # usar funcao 'copy' de biblioteca 'copy'
aux2 = list(tupla);
aux3 = copiar(tupla);
print("aux1=%s, tupla=%s" % (aux1, tupla));
print("aux2=%s, tupla=%s" % (aux2, tupla));
print("aux3=%s, tupla=%s" % (aux3, tupla));

Experimente! Esse código produz como saída as seguintes linhas:

Lista: lista = [1, 2, -1]
Lista: lista = [1, 2, [3]]
aux1=[1, 2, -1], lista=[1, 2, [3]]
aux2=[1, 2, -1], lista=[1, 2, [3]]
aux3=[1, 2, -1], lista=[1, 2, [3]]
Tupla: tupla = [1, 2, [3]]
aux1=[1, 2, [3]], tupla=[1, 2, [3]]
aux2=[1, 2, [3]], tupla=[1, 2, [3]]
aux3=[1, 2, [3]], tupla=[1, 2, [3]]

Uma vez que um vetor/lista é armazenado consecutivamente na memória, então podemos armazenar vários vetores também consecutivamente para obter algo que represente (e seja tratado como) matriz. Como na imagem abaixo, em que cada alocamos nl vetores consecutivos na memória, cada vetor com nc posições de memória, desde vet[0] até vet[nc-1]. Assim, podemos ver este agregado de dados como uma matriz mat[][], cuja primeira linha é o primeiro vetor e assim por diante. Isso está ilustrado na imagem abaixo.

Desse modo obtemos uma estrutura com dois índices que pode ser manipulada como uma matriz (como em mat[i][j]). No exemplo abaixo ilustramos isso de dois modos, imprimindo as linhas da matriz e mostrando que pode-se passar como parâmetro uma linha de matriz para uma função que tenha como parâmetro formal um vetor.

# Vetor de vetor ou matriz
# Funcao para somar elementos de um vetor e devolver essa soma
def somalinha (vet) :
  tam = len(vet); soma = 0;
  for i in range(tam) : soma += vet[i];
  return soma;
	    
# Definir vetor/lista com: (0,1,2,3,...n-1)
nl = 3; nc = 4;
mat = []; # define um vetor vazio
for i in range(0, nl, 1) : # ou mais simples neste caso "for i in range(n)"
  linha = []; # define um vetor vazio
  for j in range(0, nc, 1) : # ou mais simples neste caso "for i in range(n)"
    linha.append(i*nc+j);
  mat.append(linha); # anexe nova linha `a matriz 'mat'
# Imprime o vetor/lista de uma so' vez (na mesma linha)
print("\nA matriz: ", end=""); # informe o que vira impresso a seguir (na mesma linha devido ao parametro end=""
print(mat);

# Pegando o primeiro e segundo elemento da terceira linha de mat: mat[2][1]
prim = mat[2][0]; seg = mat[2][1]; # pegar primeiro e segundo elemento da linha mat[2]
print("O primeiro e segundo elemento da terceira linha da matriz: %d e %d" % (prim, seg));

print("Linhas da matriz: 0=%s ; 1=%s ; 2=%s" % (mat[0], mat[1], mat[2])); # cada linha e' um vetor!
# print(mat[0]); print(mat[1]); print(mat[2]);

# Verifique que cada linha da matriz e' de fato um vetor
for i in range(0, nl) :
  print("Soma da linha %2d = %3d" % (i, somalinha(mat[i])));

Vocês devem tomar muito cuidado com atribuições envolvendo listas, pois na verdade não ocorre uma cópia, mas comentado na seção 4. Por exemplo, estude e teste em seu computador a sequência de comandos a seguir.

>>> a = [1, 2, 3];
>>> b = a;
>>> b[2] = -9;
>>> print(a)
[1, 2, -9]

Entretanto o Python oferece um mecanismo que efetivamente realiza uma cópia de cada um dos elementos, portanto envolve um laço de tamanho igual ao número de elementos da lista. Isso é feito usando algo como [inicio:fim], sendo inicio a posição iniciar a partir da qual deseja copiar e fim o último elemento.
Atenção ao fim, não é posição, mas sim número do elemento, então se fim=3, irá copia até o terceiro elemento. Por exemplo, algo como b = a[4:3]; resultaria em lista vazia, pois o terceiro elemento está antes do elemento da posição 4.

>>> a = [0, "um", 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8];
>>> v1 = a[4:3]; v2 = a[0:3]; print(v1, v2);
([], [0, 'um', 2])

Cód. 2. Exemplo truque para cópiar vários elementos.

Leônidas de Oliveira Brandão
http://line.ime.usp.br

Alterações :
2021/06/22: revisão seção 1
2020/08/12: novo formato, pequenas revisões
sexta, 08 May 2020, 21:00
segunda, 03 May 2018, 16:00

Alterações:
2021/06/27: acertos número do exemplo 3 (para 4) e no seu código; acertos de cedilha; outras pequenas correções