فهم نوع البيانات Tuples في بايثون 3

يبدو نوع البيانات tuple في بايثون كما يلي:

coral = ('blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral')
tuple هي بنية بيانات تُمثِّل سلسلة مرتبة من العناصر غير القابلة للتبديل، وبالتالي لا يمكن تعديل القيم الموجودة فيها.
يستعمل نوع البيانات tuple لتجميع البيانات، فكل عنصر أو قيمة داخل tuple تُشكِّل جزءًا منه.
توضع القيم داخل نوع البيانات tuple بين قوسين ( ) ويُفصَل بينها بفاصلة ,، وتبدو القيم الفارغة كما يلي coral = ()‎، لكن إذا احتوى نوع البيانات tuple على قيم –حتى لو كانت قيمةً واحدةً فقط– فيجب وضع فاصلة فيه مثل coral = ('blue coral',).
إذا استخدمنا الدالة print()‎ على tuple، فسنحصل على الناتج الآتي الذي يُبيّن أنَّ القيمة الناتجة ستوضع بين قوسين:

print(coral)
('blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral')
عند التفكير بنوع tuple وغيره من بنى البيانات التي تُعبَر من أنوع «المجموعات» (collections)، فمن المفيد أن تضع ببالك مختلف المجموعات الموجودة في حاسوبك: تشكيلة الملفات الموجودة عندك، وقوائم التشغيل للموسيقى، والمفضلة الموجودة في متصفحك، ورسائل بريدك الإلكتروني، ومجموعة مقاطع الفيديو التي تستطيع الوصول إليها من التلفاز، والكثير.
نوع tuple شبيه بالقوائم (lists)، لكن القيم الموجودة فيه لا يمكن تعديلها، وبسبب ذلك، فأنت تخبر الآخرين أنَّك لا تريد إجراء أيّة تعديلات على هذه السلسلة من القيم عندما تستعمل tuple في شيفرتك. إضافةً إلى ما سبق، ولعدم القدرة على تعديل القيم، فسيكون أداء برنامجك أفضل، حيث ستُنفَّذ الشيفرة بشكل أسرع إذا استعملتَ tuple بدلًا من القوائم (lists).

فهرسة نوع البيانات tuple
يمكن الوصول إلى كل عنصر من عناصر tuple بمفرده لأنَّه سلسلة مرتبة من العناصر، وذلك عبر الفهرسة.
وكل عنصر يرتبط برقم فهرس، الذي هو عدد صحيح يبدأ من الفهرس 0.
لمثال coral السابق، ستبدو الفهارس والقيم المرتبطة بها كالآتي:

‘blue coral’ ‘staghorn coral’ ‘pillar coral’ ‘elkhorn coral’
0 1 2 3
العنصر الأول الذي يُمثِّل السلسلة النصية 'blue coral' تبدأ بالفهرس 0، وتنتهي القائمة بالفهرس رقم 3 المرتبط بالقيمة 'elkhorn coral'.
ولأن كل عنصر من عناصر tuple له رقم فهرس مرتبط به، فسنتمكن من الوصول إلى عناصره فرادى.
يمكننا الآن الوصول إلى عنصر معيّن في tuple عبر استخدام رقم الفهرس المرتبط به.

print(coral[2])
pillar coral
تتراوح قيم الفهارس في المتغير coral من 0 إلى 3 كما هو ظاهر في الجدول السابق، لذا يمكننا استدعاء العناصر الموجودة فيه فرادى كما يلي:

coral[0]
coral[1]
coral[2]
coral[3]
إذا حاولنا استدعاء المتغير coral مع رقم فهرس أكبر من 3، فستظهر رسالة خطأ تشير إلى أنَّ الفهرس خارج المجال:

print(coral[22])
IndexError: tuple index out of range
إضافةً إلى أرقام الفهارس الموجبة، يمكننا أيضًا الوصول إلى الفهارس باستخدام رقم فهرس سالب، وذلك بالعد بدءًا من نهاية قائمة العناصر وسيرتبط آخر عنصر بالفهرس ‎-1، وهذا مفيدٌ جدًا إذا كان لديك متغير من النوع tuple وكان يحتوي عناصر كثيرة وأردتَ الوصول إلى أحد عناصره انطلاقًا من النهاية.
ففي مثالنا السابق عن coral، إذا أردنا استخدام الفهارس السالبة فالناتج كالآتي:

‘elkhorn coral’ ‘pillar coral’ ‘staghorn coral’ ‘blue coral’
-1 -2 -3 -4
إذا أردنا طباعة العنصر 'blue coral' باستخدام الفهارس السالبة، فستبدو التعليمة كما يلي:

print(coral[-4])
blue coral
يمكننا إضافة العناصر النصية الموجودة في tuple إلى السلاسل النصية الأخرى باستخدام المعامل +:

print('This reef is made up of ' + coral[1])
This reef is made up of staghorn coral
استطعنا في المثال السابق إضافة عنصر موجود في الفهرس 1 مع السلسلة النصية 'This reef is made up of '، ويمكننا أيضًا استخدام المعامل + لإضافة بنيتَي tuple معًا.
الخلاصة: يمكننا الوصول إلى كل عنصر من عناصر tuple على حدة باستخدام أرقام الفهارس (الموجبة أو السالبة) المرتبطة بها.

تقطيع قيم tuple
يمكننا استخدام الفهارس للوصول إلى عدِّة عناصر من tuple، أما التقطيع فيسمح لنا بالوصول إلى عدِّة قيم عبر إنشاء مجال من أرقام الفهارس المفصولة بنقطتين رأسيتين [x:y].
لنقل أننا نريد عرض العناصر الموجودة في وسط المتغير coral، يمكننا فعل ذلك بإنشاء قطعة جديدة:

print(coral[1:3])
('staghorn coral', 'pillar coral')
عند إنشاء قطعة جديدة –كما في المثال السابق– فيمثِّل أوّل رقم مكان بدأ القطعة (متضمنةً هذا الفهرس)، ورقم الفهرس الثاني هو مكان نهاية القطعة (دون تضمين هذا الفهرس بالقطعة)، وهذا هو السبب وراء عرض المثال السابق للقيم المرتبطة بالعناصر الموجودة في الفهرسين 1 و 2.
إذا أردتَ تضمين إحدى نهايتَي القائمة، فيمكنك حذف أحد الأرقام في التعبير tuple[x:y]، فمثلًا، لنقل أننا نريد عرض أوّل ثلاثة عناصر من coral، والتي هي 'blue coral' و 'staghorn coral' و 'pillar coral'، فيمكننا فعل ذلك كالآتي:

print(coral[:3])
('blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral')
المثال السابق عرض العناصر من بداية القائمة وتوقف قبل العنصر ذي الفهرس 3.
لتضمين كل العناصر الموجودة في نهاية tuple، فيمكننا عكس التعبير السابق:

print(coral[1:])
('staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral')
يمكننا استخدام الفهارس السالبة أيضًا عند التقطيع، كما فعلنا مع أرقام الفهارس الموجبة:

print(coral[-3:-1])
print(coral[-2:])
('staghorn coral', 'pillar coral')
('pillar coral', 'elkhorn coral')
هنالك معاملٌ إضافيٌ يمكننا استعماله ويسمى «الخطوة»، ويُشير إلى عدد العناصر التي يجب تجاوزها بعد الحصول على أوّل عنصر من القائمة.
حذفنا في جميع أمثلتنا السابقة معامل الخطوة، حيث القيمة الافتراضية له في بايثون هي 1، لذا سنحصل على جميع العناصر الموجودة بين الفهرسَين المذكورين.
شكل هذا التعبير العام هو tuple[x:y:z]، إذ يُشير المعامل z إلى الخطوة. لنُنشِئ قائمةً أكبر، ثم نقسِّمها، ونعطيها القيمة 2 كخطوة:

numbers = (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12)
print(numbers[1:11:2])
(1, 3, 5, 7, 9)
التعبير numbers[1:11:2] سيطبع القيم الموجودة بين رقمين الفهرسين 1 (بما في ذلك العنصر المرتبط بالفهرس 1) و 11 (دون تضمين ذلك العنصر)، ومن ثم ستخبر قيمةُ الخطوة 2 البرنامجَ أنَّ يتخطى عنصرًا بين كل عنصرين.
يمكننا حذف أوّل معاملين واستخدام معامل الخطوة بمفرده بتعبيرٍ برمجيٍ من الشكل tuple[::z]:

print(numbers[::3])
(0, 3, 6, 9, 12)
طبعنا في المثال السابق عناصر numbers بعد ضبط قيمة الخطوة إلى 3، وبالتالي سيتم تخطي عنصرين.

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
الخلاصة: تقطيع Tuples باستخدام أرقام الفهارس الموجبة والسالبة واستعمال معامل الخطوة يسمح لنا بالتحكم بالناتج الذي نريد عرضه.

إضافة بنى tuple إلى بعضها
يمكن أن نُضيف بنى tuple إلى بعضها أو أن «نضربها» (multiply)، تتم عملية الإضافة باستخدام المعامل +، أما عملية الضرب فباستخدام المعامل *.
يمكن أن يُستخدَم المعامل + لإضافة بنيتَي tuple أو أكثر إلى بعضها بعضًا. يمكننا إسناد القيم الموجودة في بنيتَي tuple إلى بنية جديدة:

coral = ('blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral')
kelp = ('wakame', 'alaria', 'deep-sea tangle', 'macrocystis')

coral_kelp = (coral + kelp)

print(coral_kelp)
الناتج:

('blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral', 'wakame', 'alaria', 'deep-sea tangle', 'macrocystis')
وصحيحٌ أنَّ المعامل + يمكنه إضافة بنى tuple إلى بعضها، لكن يمكن أن يستعمل لإنشاء بنية tuple جديدة ناتجة عن جمع بنى أخرى، لكن لا يمكنه تعديل بنية tuple موجودة مسبقًا.
أما المعامل * فيمكن استخدامه لضرب بنى tuple، فربما تريد إنشاء نسخ من الملفات الموجودة في أحد المجلدات إلى الخادوم أو مشاركة قائمة بالمقطوعات الموسيقية التي تحبها مع أصدقائك، ففي هذه الحالات سترغب بمضاعفة مجموعات من البيانات (أو «ضربها»).
لنضرب البنية coral بالرقم 2 والبنية kelp بالرقم 3، ثم نسندها إلى بنى tuple جديدة:

multiplied_coral = coral * 2
multiplied_kelp = kelp * 3

print(multiplied_coral)
print(multiplied_kelp)
الناتج:

('blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral', 'blue coral', 'staghorn coral', 'pillar coral', 'elkhorn coral')
('wakame', 'alaria', 'deep-sea tangle', 'macrocystis', 'wakame', 'alaria', 'deep-sea tangle', 'macrocystis', 'wakame', 'alaria', 'deep-sea tangle', 'macrocystis')
يمكننا باستخدام المعامل * أن نُكرِّر (أو نُضاعِف) بنى tuple بأي عدد من المرات نشاء، مما سينُشِئ بنى tuple جديدة اعتمادًا على محتوى البنى الأصلية.
الخلاصة هي أنَّ بنى tuple يمكن إضافتها إلى بعضها أو ضربها لتشكيل بنى tuple جديدة عبر استخدام المعاملَين + و *.