Pythonで不変のデータ構造を実装する方法は？

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問題

Pythonで不変のデータ構造を実装する必要があります。

はじめに..

不変のデータ構造は、複数の人が並列プログラミングで同時にデータを変更するのを防ぎたい場合に非常に便利です。可変データ構造（配列など）はいつでも変更できますが、不変データ構造は変更できません。

その方法..

不変および可変のデータ構造を処理する方法を段階的に説明します。

例

# STEP 01 - Create a Mutable array.

# Define an array
atp_players = ['Murray', 'Nadal', 'Djokovic']
print(f" *** Original Data in my array is - {atp_players}")

***私の配列の元のデータは-

です

['Murray', 'Nadal', 'Djokovic']

# Changing the player name from Murray to Federer
atp_players[0] = 'Federer'
print(f" *** Modified Data in my array is - {atp_players}")

に変更します

***私の配列の変更されたデータは-

です

['Federer', 'Nadal', 'Djokovic']

結論

この配列の排他的ユーザーである場合に役立つ可能性があるのと同じように、配列の値を変更することができました。ただし、リアルタイムの本番環境では、複数のプログラムがこの配列を変更に使用している可能性があり、予期しないデータが発生する可能性があります。

一方、タプルの動作は少し異なります。以下の例をご覧ください。

# STEP 02 - Try changing a Tuple

try:
atp_players_tuple = ('Murray', 'Nadal', 'Djokovic')
print(f" *** Original Data in my tuple is - {atp_players_tuple}")
atp_players_tuple[0] = 'Federer'
except Exception as error:
print(f" *** Tried modifying data but ended up with - {error}")

*** Original Data in my tuple is - ('Murray', 'Nadal', 'Djokovic')
*** Tried modifying data but ended up with - 'tuple' object does not support item assignment

結論：

上で見たのは、タプルは正しく変更できないということです。ただし、1つの例外があります。タプル内に配列がある場合、値を変更できます。

atp_players_array_in_tuple = (['Murray'], ['Nadal'], ['Djokovic'])
print(f" *** Original Data in my tuple with arrays is - {atp_players_array_in_tuple}")

atp_players_array_in_tuple[0][0] = 'Federer'
print(f" *** Modified Data in my tuple with arrays is - {atp_players_array_in_tuple}")

*** Original Data in my tuple with arrays is - (['Murray'], ['Nadal'], ['Djokovic'])
*** Modified Data in my tuple with arrays is - (['Federer'], ['Nadal'], ['Djokovic'])

では、データを保護する方法は？うーん、配列をタプルに変換するだけです。

try:
atp_players_tuple_in_tuple = (('Murray'), ('Nadal'), ('Djokovic'))
print(f" *** Original Data in my tuple is - {atp_players_tuple_in_tuple}")
atp_players_tuple_in_tuple[0] = 'Federer'
except Exception as error:
print(f" *** Tried modifying data in my tuple but ended up with - {error}")

*** Original Data in my tuple is - ('Murray', 'Nadal', 'Djokovic')
*** Tried modifying data in my tuple but ended up with - 'tuple' object does not support item assignment

もっとあります..PythonにはNamedTupleと呼ばれる素晴らしい組み込みツールがあります。これは、コンストラクターを作成するために拡張できるクラスです。プログラムで理解しましょう。

# Create a simple class on Grandslam titles in pythons way.
class GrandSlamsPythonWay:
def __init__(self, player, titles):
self.player = player
self.titles = titles

stats = GrandSlamsPythonWay("Federer", 20)
print(f" *** Stats has details as {stats.player} - {stats.titles}")

の詳細があります

*** Stats has details as Federer - 20

このクラスについてどう思いますか、不変ですか？フェデラーをナダルに変えてチェックしてみましょう。

stats.player = 'Nadal'
print(f" *** Stats has details as {stats.player} - {stats.titles}")

*** Stats has details as Nadal - 20

したがって、フェデラーをナダルに更新できるので、不変のデータ構造であることは当然のことです。次に、NamedTupleを使用してクラスを作成し、それがデフォルトの動作であるかどうかを確認しましょう。

from typing import NamedTuple

class GrandSlamsWithNamedTuple(NamedTuple):
player: str
titles: int

stats = GrandSlamsWithNamedTuple("Federer", 20)
print(f" *** Stats has details as {stats.player} - {stats.titles}")

stats.player = 'Djokovic'
print(f" *** Stats has details as {stats.player} - {stats.titles}")

*** Stats has details as Federer - 20

---------------------------------------------------------------------------
AttributeError Traceback (most recent call last)
in
10 print(f" *** Stats has details as {stats.player} - {stats.titles}")
11
---> 12 stats.player = 'Djokovic'
13 print(f" *** Stats has details as {stats.player} - {stats.titles}")

AttributeError: can't set attribute

ジョコビッチが20のグランドスラムタイトルに到達するまでもう少し待たなければならなかったようです。

ただし、_replaceメソッドを使用して、_replace中にコピーを作成し、値を更新することができます。

djokovic_stats = stats._replace(player="Djokovic", titles=17)
print(f" *** djokovic_stats has details as {djokovic_stats.player} - {djokovic_stats.titles}")

*** djokovic_stats has details as Djokovic - 17

例

最後に、上記で説明したすべてをカバーする1つの例を示します。

この例では、野菜屋向けのソフトウェアを作成していると仮定します。

from typing import Tuple

# Create a Class to represent one purchase
class Prices(NamedTuple):
id: int
name: str
price: int # Price in dollars

# Create a Class to track the purchase
class Purchase(NamedTuple):
purchase_id: int
items: Tuple[Prices]

# Create vegetable items and their corresponding prices
carrot = Prices(1, "carrot", 2)
tomato = Prices(2, "tomato", 3)
eggplant = Prices(3, "eggplant", 5)

# Now let say our first cusotmer Mr.Tom had purchased carrot and tomato
tom_order = Purchase(1, (carrot, tomato))

# Know the total cost we need to charge Mr.Tom
total_cost = sum(item.price for item in tom_order.items)
print(f"*** Total Cost from Mr.Tom is - {total_cost}$")

出力

*** Total Cost from Mr.Tom is - 5$