リスト内包表記を使って Python 関数で空のリストを扱う方法

はじめに

Python のリスト内包表記（list comprehension）は、リストを作成および操作するための汎用的で効率的な方法です。このチュートリアルでは、リスト内包表記を使用して Python 関数内で空のリストを扱う方法を探ります。最後まで読むことで、この強力な機能についてより深く理解し、独自の Python プロジェクトに適用できるようになります。

Skills Graph

リスト内包表記（List Comprehension）の紹介

Python のリスト内包表記（list comprehension）は、既存のリストから新しいリストを作成するための簡潔で強力な方法です。リストを生成するためのコンパクトな構文を提供し、コードをより読みやすく効率的にします。リスト内包表記は、リストを扱う際に従来の for ループの代替としてよく使用されます。

リスト内包表記の基本的な構文は次のとおりです。

new_list = [expression for item in iterable]

ここで、expression は iterable（リストなど）の各要素に対して実行する操作を定義し、その結果の値が新しいリストに収集されます。

リスト内包表記は、フィルタリング、マッピング、データの変換など、さまざまな操作を実行するために使用できます。また、if 句のような条件文と組み合わせることで、より複雑なリスト変換を行うこともできます。

たとえば、数値のリストがあり、偶数のみを含む新しいリストを作成したいとします。従来の for ループを使用すると、コードは次のようになります。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
even_numbers = []
for num in numbers:
    if num % 2 == 0:
        even_numbers.append(num)

リスト内包表記を使用すると、同じタスクを 1 行で実行できます。

even_numbers = [num for num in numbers if num % 2 == 0]

これにより、コードがより簡潔で読みやすくなります。

リスト内包表記はネストすることもでき、タプルのリストやリストのリストなど、複雑なデータ構造を作成することができます。ネストされたリスト内包表記の構文は次のようになります。

new_list = [expression for item1 in iterable1 for item2 in iterable2]

これは、多次元のデータ構造を扱うための強力なツールになります。

次のセクションでは、リスト内包表記を使用して空のリストを扱う方法を探ります。

リスト内包表記で空のリストを扱う

リスト内包表記を使用する際には、空のリストをどう扱うかを考慮することが重要です。デフォルトでは、空のリストに対してリスト内包表記を使用すると、単に空のリストが返されます。ただし、空のリストを別の方法で扱いたい場合もあります。たとえば、デフォルト値を返したり、例外を発生させたりすることが考えられます。

以下は、リスト内包表記を使用して空のリストを扱ういくつかの方法です。

デフォルト値を返す

入力リストが空の場合にデフォルト値を返したい場合は、リスト内包表記で三項演算子（条件式とも呼ばれます）を使用することができます。構文は次のようになります。

new_list = [expression if condition else default_value for item in iterable]

たとえば、数値のリストを受け取り、各数値の二乗を返す関数があるとします。入力リストが空の場合、空のリストではなく値 0 を含むリストを返したいとします。これはリスト内包表記を使用して実現できます。

def square_numbers(numbers):
    return [num ** 2 if num else 0 for num in numbers]

print(square_numbers([1, 2, 3, 4, 5]))  ## Output: [1, 4, 9, 16, 25]
print(square_numbers([]))  ## Output: [0]

例外を発生させる

あるいは、入力リストが空の場合にデフォルト値を返すのではなく、例外を発生させたい場合もあります。これは、リスト内包表記に if 文を追加することで実現できます。

new_list = [expression for item in iterable if iterable]

例を示します。

def square_numbers(numbers):
    if not numbers:
        raise ValueError("Input list cannot be empty.")
    return [num ** 2 for num in numbers]

print(square_numbers([1, 2, 3, 4, 5]))  ## Output: [1, 4, 9, 16, 25]
print(square_numbers([]))  ## Raises ValueError: Input list cannot be empty.

この場合、入力リストが空の場合はリスト内包表記は実行されず、代わりに ValueError が発生します。

これらのリスト内包表記で空のリストを扱うテクニックを理解することで、エッジケースを適切に処理し、望ましい動作を提供する、より堅牢で信頼性の高い Python コードを書くことができます。

実用的なアプリケーションと例

ここまでで、リスト内包表記を使って空のリストを扱う基本を学びました。では、いくつかの実用的なアプリケーションと例を見ていきましょう。

データのフィルタリングと変換

リスト内包表記の一般的な使用例の 1 つは、データのフィルタリングと変換です。学生の名前のリストがあり、アルファベット 'A' で始まる名前のみを含む新しいリストを作成したいとします。これはリスト内包表記を使って実現できます。

student_names = ['Alice', 'Bob', 'Charlie', 'David', 'Ava']
names_starting_with_a = [name for name in student_names if name.startswith('A')]
print(names_starting_with_a)  ## Output: ['Alice', 'Ava']

この例では、リスト内包表記 [name for name in student_names if name.startswith('A')] が、アルファベット 'A' で始まる名前のみを含む新しいリストを作成しています。

欠損データの処理

もう 1 つの一般的なシナリオは、リスト内の欠損データを扱うことです。学生の成績のリストがあり、一部の成績が欠けている（None で表される）とします。リスト内包表記を使って、欠けている成績をデフォルト値（たとえば 0）に置き換えることができます。

student_grades = [90, 85, None, 92, None, 80]
filled_grades = [grade if grade is not None else 0 for grade in student_grades]
print(filled_grades)  ## Output: [90, 85, 0, 92, 0, 80]

この場合、リスト内包表記 [grade if grade is not None else 0 for grade in student_grades] が None の値を 0 に置き換え、すべての成績が埋められた新しいリストを作成しています。

シーケンスの生成

リスト内包表記は、値のシーケンスを生成するためにも使用できます。たとえば、最初の 10 個の平方数のリストを作成したいとします。

square_numbers = [num ** 2 for num in range(1, 11)]
print(square_numbers)  ## Output: [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

リスト内包表記 [num ** 2 for num in range(1, 11)] は、最初の 10 個の平方数のリストを生成します。

これらは、リスト内包表記の実用的なアプリケーション、特に空のリストを扱う場合の例の一部に過ぎません。これらのテクニックを理解することで、より簡潔で読みやすく効率的な Python コードを書くことができます。

まとめ

この Python チュートリアルでは、リスト内包表記を使用して関数内で空のリストを効果的に扱う方法を学びました。このテクニックを使うことで、簡潔で読みやすいコードを書くことができ、関数がエッジケースを適切に処理できるようになります。リスト内包表記を習得することで、Python のプログラミングスキルを向上させ、より堅牢で効率的なアプリケーションを作成することができます。