Operaciones con listas en Python

El ordenamiento de listas es una tarea fundamental en la programación y en la ciencia de la computación. Existen diversos algoritmos de ordenamiento, cada uno con sus propias características y eficiencia. Uno de los algoritmos más conocidos y sencillos es el algoritmo Burbuja (Bubble Sort). Este algoritmo funciona comparando cada par de elementos adyacentes en una lista y, si están en el orden incorrecto, los intercambia. Este proceso se repite hasta que la lista esté completamente ordenada. Aunque no es el más eficiente para listas grandes, el algoritmo Burbuja es fácil de entender y de implementar, lo que lo convierte en una excelente herramienta pedagógica para aprender sobre ordenamiento.

Operaciones con listas en Python
Operaciones con listas en Python

Consideraciones Iniciales

  • Indexación con Base en Cero: La indexación basada en cero es un sistema de numeración en el que el primer elemento de una lista se encuentra en la posición 0. Cada elemento subsiguiente se encuentra en una posición que es uno más que la posición del elemento anterior. 
                        
                      mi_lista = ['manzana', 'banana', 'cereza']
                      # Accediendo a los elementos usando índices basados en cero
                      primer_elemento = mi_lista[0]   # 'manzana'
                      segundo_elemento = mi_lista[1]  # 'banana'
                      tercer_elemento = mi_lista[2]   # 'cereza'
  • Mutabilidad: Las listas son mutables, lo que significa que pueden modificarse después de su creación.
  • Orden: Los elementos de una lista mantienen un orden específico.
  • Heterogeneidad: Una lista puede contener elementos de diferentes tipos.
  • Referencia o paso por referencia: Cuando se hace una asignación de una lista a otra, como lista_2 = lista_1, ambas variables (lista_1 y lista_2) apuntan al mismo objeto en memoria. Esto significa que no se realiza una copia independiente de los elementos de la lista, sino que ambas variables hacen referencia al mismo espacio de memoria. Por lo tanto, modificar cualquiera de las dos listas afectará a la otra, ya que ambas apuntan a la misma ubicación en memoria. 
            
          lista_1 = [1, 2, 3]
          lista_2 = lista_1  # Ambos apuntan al mismo objeto en memoria
          lista_2.append(4)  # Modificamos lista_2
          print(lista_1)     # Salida: [1, 2, 3, 4]
          print(lista_2)     # Salida: [1, 2, 3, 4]
    En este caso, al modificar lista_2, también se modifica lista_1, porque ambas comparten la misma referencia al objeto en memoria.

Creación de Listas

Las listas en Python se pueden crear de varias maneras:

  • Utilizando los corchetes []: 
                        
                      mi_lista = [1, 2, 3, 4, 5]
  • Crear listas vacías y luego agregar elementos: 
                        
                      lista_vacia = []
                      lista_vacia.append(1)
                      lista_vacia.append(2)
  • A partir de un rango: 
                  
                numeros = lista(range(5))  # [0, 1, 2, 3, 4]
  • Crear listas a partir de otras estructuras de datos, como tuplas o cadenas: 
                      
                    tupla = (1, 2, 3)
                    lista_desde_tupla = list(tupla)    # [1, 2, 3]
                    cadena = "Hola"
                    lista_desde_cadena = list(cadena)  # ['H', 'o', 'l', 'a']

Adición de Listas

En Python hay varias formas de adicionar/combinar listas. Se explicará las formas más comunes:

  • Usando el operador + (concatenación): 
                        
                      lista1 = [1, 2, 3]
                      lista2 = [4, 5, 6]
                      lista_combinada = lista1 + lista2
                      print(lista_combinada)  # Salida: [1, 2, 3, 4, 5, 6]
  • Usando el método extend(): 
                    
                  lista1 = [1, 2, 3]
                  lista2 = [4, 5, 6]
                  lista1.extend(lista2)
                  print(lista1)  # Salida: [1, 2, 3, 4, 5, 6]
  • Usando el método append() en un ciclo (si se necesita agregar elemento por elemento): 
                    
                  lista1 = [1, 2, 3]
                  lista2 = [4, 5, 6]
                  for elemento in lista2:
                      lista1.append(elemento)
                  print(lista1)  # Salida: [1, 2, 3, 4, 5, 6]

Diferencias importantes:

  • El operador + crea una nueva lista
  • extend() modifica la lista original
  • append() agregaría la lista completa como un único elemento si no se usa en un ciclo

La forma más eficiente y recomendada es usar extend() cuando se quiera combinar dos listas.

Eliminación de Listas

En Python sólo hay una forma de eliminar una lista, es decir borrar todos los elementos.

Usando clear(): Elimina todos los elementos de la lista: 

                
                  lista = [1, 2, 3, 4]
                  lista.clear()
                  print(lista)  # Salida: []

Duplicar Listas

Para duplicar una lista en Python y asegurarse de que la copia sea independiente (es decir, que los cambios en una no afecten a la otra), se pueden usar varios métodos. Aquí se presentan las opciones más comunes y sus aplicaciones:

  • Usar el método copy(): El método copy() realiza una copia superficial de la lista. 
                        
                      mi_lista = [1, 2, 3]
                      lista_copia = mi_lista.copy()
                      lista_copia.append(4)
                      print(mi_lista)        # Salida: [1, 2, 3]
                      print(lista_copia)     # Salida: [1, 2, 3, 4]
  • Usar rebanado (slicing): El rebanado con [:] crea una nueva lista con los mismos elementos. 
                        
                      mi_lista = [1, 2, 3]
                      lista_copia = mi_lista[:]
                      lista_copia.append(4)
                      print(mi_lista)        # Salida: [1, 2, 3]
                      print(lista_copia)     # Salida: [1, 2, 3, 4]
    Usando índices negativos: 
                        
                      mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                      lista_copia = mi_lista[1:-1]
                      print(lista_copia)     # Salida: [2, 3]
    Si el primer índice especifica un elemento que se encuentra más allá del descrito por end (desde el punto de vista inicial de la lista), la rebanada estará vacía: 
                        
                      mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                      lista_copia = mi_lista[-1:4]
                      print(lista_copia)     # Salida: []
    Si se omite el primer índice de la rebanada, es equivalente a un índice igual a 0.
    my_list[:n] = my_list[0:n]
    Si se omite el último índice de la rebanada, es equivalente a un índice igual a n.
    my_list[start:] = my_list[start:n]
  • Usar el constructor list(): El constructor list() crea una nueva lista con los elementos de la original. 
                        
                      mi_lista = [1, 2, 3]
                      lista_copia = list(mi_lista)
                      lista_copia.append(4)
                      print(mi_lista)        # Salida: [1, 2, 3]
                      print(lista_copia)     # Salida: [1, 2, 3, 4]
  • Usar la librería copy para copias profundas: Si la lista contiene sublistas u otros objetos mutables, se debe usar una copia profunda para que las sublistas también sean independientes. Esto se logra con la función copy.deepcopy(). 
                        
                      import copy
                      mi_lista = [[1, 2], [3, 4]]
                      lista_copia = copy.deepcopy(mi_lista)
                      lista_copia[0].append(99)
                      print(mi_lista)        # Salida: [[1, 2], [3, 4]]
                      print(lista_copia)     # Salida: [[1, 2, 99], [3, 4]]

Modificación de Listas

Acceso a Elementos

  • Los elementos de una lista se pueden acceder utilizando índices. Recordar que los índices en Python comienzan en 0: 
                        
                      mi_lista = [10, 20, 30, 40, 50]
                      print(mi_lista[0])  # Salida: 10
                      print(mi_lista[2])  # Salida: 30
  • También se tiene acceso a los elementos desde el final de la lista usando índices negativos: 
                        
                      print(mi_lista[-1])  # Salida: 50
                      print(mi_lista[-2])  # Salida: 40

Agregar Elementos

  • Usando el método append(): Añade un elemento al final. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3]
                        mi_lista.append(4)
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 2, 3, 4]
  • Usando el método insert(): Inserta un elemento en una posición específica. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 4]
                        mi_lista.insert(2, 3)  # Inserta el número 3 en la posición 2
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 2, 3, 4]
  • Usando el método extend(): Agrega varios elementos al final de la lista. 
                          
                        mi_lista = [1, 2]
                        mi_lista.extend([3, 4])
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 2, 3, 4]

Eliminar Elementos

  • Usando el método remove(): Elimina la primera aparición de un valor específico. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                        mi_lista.remove(3)
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 2, 4]
  • Usando el método pop(): Elimina un elemento por su índice (o el último elemento si no se especifica un índice). 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                        mi_lista.pop(2)  # Elimina el elemento en la posición 2
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 2, 4]
  • Usando el método del(): Elimina un elemento o una porción de la lista. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                        del mi_lista[1]  # Elimina el segundo elemento
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 3, 4]
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                        del mi_lista[:]
                        print(mi_lista)  #Salida: []

Cambiar Elementos

Se puede acceder a un elemento de la lista por su índice y asignarle un nuevo valor. 

                
                  mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                  mi_lista[1] = 20  # Cambia el segundo elemento
                  print(mi_lista)   # Salida: [1, 20, 3, 4]

Modificar con Rebanadas (Slices)

Se puede reemplazar un rango de elementos con otros.

                  
                    mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                    mi_lista[1:3] = [20, 30]  # Cambia los elementos en las posiciones 1 y 2
                    print(mi_lista)           # Salida: [1, 20, 30, 4]

Ordenar elementos

Se tienen dos opciones:

  • Usar sort(): Ordena la lista en su lugar. 
                          
                        mi_lista = [4, 1, 3, 2]
                        mi_lista.sort()
                        print(mi_lista)  # Salida: [1, 2, 3, 4]
  • Usar reverse(): Invierte el orden de los elementos. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                        mi_lista.reverse()
                        print(mi_lista)  # Salida: [4, 3, 2, 1]

Búsqueda de Elementos

  • Verificar si un elemento está en la lista: Se usa el operador in para determinar si un elemento está presente. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                        print(3 in mi_lista)  # Salida: True
                        print(5 in mi_lista)  # Salida: False
  • Encontrar el índice de un elemento: Se usa el método index() para obtener la posición del primer elemento coincidente. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4, 3]
                        indice = mi_lista.index(3)
                        print(indice)  # Salida: 2
    • Si el elemento no está en la lista, se genera un error ValueError.
    • Para evitarlo, se puede usar una verificación previa con in: 
                        
                      if 5 in mi_lista:
                        print(mi_lista.index(5))
                      else:
                        print("El elemento no está en la lista")
  • Usar filter(): Devuelve los elementos que cumplen una condición específica. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4, 5]
                        pares = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, mi_lista))
                        print(pares)  # Salida: [2, 4]
  • Usar any y all:
    • any: Retorna True si al menos un elemento cumple la condición.
    • all: Retorna True si todos los elementos cumplen la condición. 
                          
                        mi_lista = [1, 2, 3, 4, 5]
                        print(any(x > 4 for x in mi_lista))  # Salida: True
                        print(all(x > 0 for x in mi_lista))  # Salida: True

Repetir elementos en una lista

Si se necesita repetir todos los elementos de una lista, se pueden usar el operador * o métodos específicos. 

                  
                    lista_repetida = [0] * 5  # [0, 0, 0, 0, 0]
                    mi_lista = [1, 2, 3]
                    repetida = mi_lista * 3
                    print(repetida)  # Salida: [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3]

Arreglos de Dos Dimensiones

En Python, los arreglos de dos dimensiones se pueden representar utilizando listas anidadas, también conocidas como listas de listas. Cada elemento de la lista principal es otra lista, lo que permite almacenar datos en una estructura de matriz.

Creación de un Arreglo de Dos Dimensiones

Se puede crear un arreglo de dos dimensiones inicializando una lista de listas. Por ejemplo: 

                  
                    # Crear un arreglo de 2x3
                    arreglo_2d = [
                        [1, 2, 3],
                        [4, 5, 6],
                        [7, 8, 9]]

Acceso a Elementos

Para acceder a un elemento específico en un arreglo de dos dimensiones, es necesario proporcionar dos índices: uno para la fila y otro para la columna. 

                  
                    # Acceder al elemento en la fila 1, columna 2 (índice 0-based)
                    elemento = arreglo_2d[1][2]  # Salida: 6
                    print(elemento)

Modificación de Elementos

Se modifica un elemento específico proporcionando los índices de fila y columna. 

                  
                      # Modificar el elemento en la fila 0, columna 1
                      arreglo_2d[0][1] = 20
                      print(arreglo_2d)
                      # Salida:
                      # [
                      #   [1, 20, 3],
                      #   [4, 5, 6],
                      #   [7, 8, 9]]

Recorrer un Arreglo de Dos Dimensiones

Recorrer un arreglo de dos dimensiones se utiliza bucles anidados. 

                  
                    # Recorrer e imprimir todos los elementos
                    for fila in arreglo_2d:
                        for elemento in fila:
                            print(elemento, end=' ')
                        print()

Ejemplo Completo

Este es un ejemplo completo que incluye la creación, acceso, modificación y recorrido de un arreglo de dos dimensiones: 

                  
                    # Crear un arreglo de 3x3
                    arreglo_2d = [
                        [1, 2, 3],
                        [4, 5, 6],
                        [7, 8, 9]
                    ]
                    # Acceder a un elemento
                    elemento = arreglo_2d[1][2]
                    print(f"Elemento en la fila 1, columna 2: {elemento}")
                    # Modificar un elemento
                    arreglo_2d[0][1] = 20
                    print("Arreglo después de la modificación:")
                    for fila in arreglo_2d:
                        print(fila)
                    # Recorrer e imprimir todos los elementos
                    print("Recorrer e imprimir todos los elementos:")
                    for fila in arreglo_2d:
                        for elemento in fila:
                            print(elemento, end=' ')
                        print()

Uso de Bibliotecas

Para operaciones más avanzadas con arreglos de dos dimensiones, se utiliza bibliotecas como NumPy, que proporciona una implementación eficiente y funciones adicionales para trabajar con matrices. 

                  
                    import numpy as np
                    # Crear un arreglo de 3x3 usando NumPy
                    arreglo_2d = np.array([
                        [1, 2, 3],
                        [4, 5, 6],
                        [7, 8, 9]])
                    # Acceder a un elemento
                    elemento = arreglo_2d[1, 2]
                    print(f"Elemento en la fila 1, columna 2: {elemento}")
                    # Modificar un elemento
                    arreglo_2d[0, 1] = 20
                    print("Arreglo después de la modificación:")
                    print(arreglo_2d)

Listas Dentro de Listas

En Python, las listas dentro de listas, también conocidas como listas anidadas, son una forma poderosa de organizar datos en una estructura de dos o más dimensiones. Esto es especialmente útil para representar matrices, tablas, o cualquier otra estructura de datos jerárquica.

Creación de Listas Anidadas

Se puede crear una lista anidada inicializando una lista que contiene otras listas. Por ejemplo: 

                  
                    # Crear una lista anidada de 3x3
                    lista_anidada = [
                        [1, 2, 3],
                        [4, 5, 6],
                        [7, 8, 9]]

Acceso a Elementos

Para acceder a un elemento específico en una lista anidada, se necesita proporcionar los índices correspondientes. 

                  
                    # Acceder al elemento en la lista 1, elemento 2 (índice 0-based)
                    elemento = lista_anidada[1][2]  # Salida: 6
                    print(elemento)

Modificación de Elementos

Para modificar un elemento específico se proporcionan los índices correspondientes. 

                  
                    # Modificar el elemento en la fila 0, columna 1
                    lista_anidada[0][1] = 20
                    print(lista_anidada)
                    # Salida:
                    # [
                    #   [1, 20, 3],
                    #   [4, 5, 6],
                    #   [7, 8, 9]]

Recorrer una Lista Anidada

Se puede recorrer una lista anidada utilizando bucles anidados. 

                  
                    # Recorrer e imprimir todos los elementos
                    for fila in lista_anidada:
                        for elemento in fila:
                            print(elemento, end=' ')
                        print()

Ejemplo Completo

Este ejemplo completo incluye la creación, acceso, modificación y recorrido de una lista anidada: 

                  
                    # Crear una lista anidada de 3x3
                    lista_anidada = [
                        [1, 2, 3],
                        [4, 5, 6],
                        [7, 8, 9]]
                    # Acceder a un elemento
                    elemento = lista_anidada[1][2]
                    print(f"Elemento en la fila 1, columna 2: {elemento}")
                    # Modificar un elemento
                    lista_anidada[0][1] = 20
                    print("Lista después de la modificación:")
                    for fila in lista_anidada:
                        print(fila)
                    # Recorrer e imprimir todos los elementos
                    print("Recorrer e imprimir todos los elementos:")
                    for fila in lista_anidada:
                        for elemento in fila:
                            print(elemento, end=' ')
                        print()

Uso de Listas Anidadas en Funciones

Se puede pasar listas anidadas a funciones y manipularlas dentro de ellas. 

                  
                    def imprimir_lista_anidada(lista):
                        for fila in lista:
                            for elemento in fila:
                                print(elemento, end=' ')
                            print()
                    # Llamar a la función
                    imprimir_lista_anidada(lista_anidada)

Listas Anidadas de Más de Dos Dimensiones

También se puede crear listas anidadas de más de dos dimensiones. Por ejemplo, una lista de tres dimensiones: 

                  
                    # Crear una lista anidada de 2x2x2
                    lista_3d = [
                        [
                            [1, 2],
                            [3, 4]
                        ],
                        [
                            [5, 6],
                            [7, 8]
                        ]
                    ]
                    # Acceder a un elemento en la tercera dimensión
                    elemento = lista_3d[1][0][1]  # Salida: 6
                    print(elemento)

Otras Funciones

Longitud

La función len() en Python se utiliza para obtener la longitud de una lista, es decir, la cantidad de elementos que contiene. Su uso es muy sencillo: 

                  
                    mi_lista = [1, 2, 3, 4, 5]
                    longitud = len(mi_lista)
                    print(longitud)  # Salida: 5

Operadores de Pertenencia

En Python, los operadores in y not in se utilizan para verificar la presencia o ausencia de un elemento en una secuencia o colección. Estos operadores son muy útiles para realizar comprobaciones rápidas y claras sobre la existencia de elementos en listas, tuplas, cadenas, conjuntos y diccionarios.

Operador in

El operador in se utiliza para verificar si un valor específico está presente en una secuencia o colección. Devuelve True si el valor está presente y False si no lo está. 

                  
                    mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                    print(3 in mi_lista)  # Salida: True
                    print(5 in mi_lista)  # Salida: False

Operador not in

El operador not in se utiliza para verificar si un valor específico no está presente en una secuencia o colección. Devuelve True si el valor no está presente y False si lo está. 

                  
                    mi_lista = [1, 2, 3, 4]
                    print(5 in mi_lista)  # Salida: True
                    print(3 in mi_lista)  # Salida: False

comprensión de Listas

La comprensión de listas en Python es una técnica concisa y eficiente para crear nuevas listas a partir de iterables existentes, como listas, tuplas o cadenas, aplicando condiciones o transformaciones en una sola línea de código.

Sintaxis básica:

                  
                    nueva_lista = [expresion for elemento in iterable]
  • expresion: Operación o valor que se agrega a la nueva lista.
  • for elemento in iterable: Ciclo que recorre el iterable (como una lista o rango).

Ejemplos básicos:

  • Crear una nueva lista: 
                          
                        numeros = [1, 2, 3, 4, 5]
                        cuadrados = [x**2 for x in numeros]
                        print(cuadrados)  # Salida: [1, 4, 9, 16, 25]
  • Filtrar elementos: 
                          
                        numeros = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
                        pares = [x for x in numeros if x % 2 == 0]
                        print(pares)  # Salida: [2, 4, 6]
  • Transformar cadenas: 
                          
                        palabras = ["hola", "mundo", "python"]
                        mayusculas = [palabra.upper() for palabra in palabras]
                        print(mayusculas)  # Salida: ['HOLA', 'MUNDO', 'PYTHON']

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