{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<!-- dom:TITLE: Типы и модель данных -->\n",
    "# Типы и модель данных\n",
    "<!-- dom:AUTHOR: С.В. Лемешевский Email:sergey.lemeshevsky@gmail.com at Институт математики НАН Беларуси -->\n",
    "<!-- Author: -->  \n",
    "**С.В. Лемешевский** (email: `sergey.lemeshevsky@gmail.com`), Институт математики НАН Беларуси\n",
    "\n",
    "\n",
    "<!-- Common Mako variable and functions -->\n",
    "<!-- -*- coding: utf-8 -*- -->\n",
    "\n",
    "\n",
    "\n",
    "\n",
    "Здесь разберем как Python работает с переменными и определим, какие\n",
    "типы данных можно использовать в рамках этого языка. Подробно рассмотрим модель\n",
    "данных Python, а также механизмы создания и изменения значения\n",
    "переменных.\n",
    "\n",
    "# Кратко о типизации языков программирования\n",
    "<div id=\"datatype:typization\"></div>\n",
    "\n",
    "Если достаточно формально подходить к вопросу о типизации языка Python, то\n",
    "можно сказать, что он относится к языкам с неявной сильной динамической\n",
    "типизацией.\n",
    "\n",
    "Неявная типизация означает, что при объявлении переменной вам не нужно\n",
    "указывать её тип, при явной – это делать необходимо. В качестве примера языков с\n",
    "явной типизацией можно привести Java, C++ . Вот как будет выглядеть объявление\n",
    "целочисленной переменной в Java и Python.\n",
    "\n",
    "* Java:"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "        int a = 1 ;\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "* Python:"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 1,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "a = 1"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<!-- Local Variables: -->\n",
    "<!-- doconce-chapter-nickname: \"chapter\" -->\n",
    "<!-- doconce-section-nickname: \"typization\" -->\n",
    "<!-- End: -->\n",
    "# Типы данных в Python\n",
    "<div id=\"datatype:types\"></div>\n",
    "\n",
    "В Python типы данных можно разделить на встроенные в интерпретатор (`built-in`) и\n",
    "не встроенные, которые можно использовать при импортировании соответствующих\n",
    "модулей.\n",
    "\n",
    "К основным встроенным типам относятся:\n",
    "1. `None` (неопределенное значение переменной)\n",
    "\n",
    "2. Логические переменные (`Boolean Type`)\n",
    "\n",
    "3. Числа (`Numeric Type`)\n",
    "\n",
    "a. `int` – целое число\n",
    "\n",
    "b. `float` – число с плавающей точкой\n",
    "\n",
    "c. `complex` – комплексное число\n",
    "\n",
    "\n",
    "4. Списки (`Sequence Type`)\n",
    "\n",
    "a. `list` – список\n",
    "\n",
    "b. `tuple` – кортеж\n",
    "\n",
    "c. `range` – диапазон\n",
    "\n",
    "\n",
    "4. Строки (`Text Sequence Type`)\n",
    "\n",
    "a. `str`\n",
    "\n",
    "\n",
    "2. Бинарные списки ( Binary Sequence Types )\n",
    "\n",
    "a. `bytes` – байты\n",
    "\n",
    "b. `bytearray` – массивы байт\n",
    "\n",
    "c. `memoryview` – специальные объекты для доступа к внутренним данным объекта через `protocol buffer`\n",
    "\n",
    "\n",
    "4. Множества (`Set Types`)\n",
    "\n",
    "a. `set` – множество\n",
    "\n",
    "b. `frozenset` – неизменяемое множество\n",
    "\n",
    "\n",
    "3. Словари (`Mapping Types`)\n",
    "\n",
    "a. `dict` – словарь\n",
    "<!-- Local Variables: -->\n",
    "<!-- doconce-chapter-nickname: \"datatype\" -->\n",
    "<!-- doconce-section-nickname: \"types\" -->\n",
    "<!-- End: -->\n",
    "\n",
    "\n",
    "# Модель данных\n",
    "<div id=\"datatype:model\"></div>\n",
    "\n",
    "Рассмотрим как создаются объекты в памяти, их устройство, процесс объявления\n",
    "новых переменных и работу операции присваивания.\n",
    "\n",
    "Для того, чтобы объявить и сразу инициализировать переменную необходимо\n",
    "написать её имя, потом поставить знак равенства и значение, с которым эта\n",
    "переменная будет создана.\n",
    "\n",
    "Например строка:"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 2,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "b = 5"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Объявляет переменную `b` и присваивает ей значение `5`.\n",
    "\n",
    "Целочисленное значение `5` в рамках языка Python по сути своей является\n",
    "*объектом*. Объект, в данном случае – это абстракция для представления данных,\n",
    "данные – это числа, списки, строки и т.п. При этом, под *данными* следует понимать как\n",
    "непосредственно сами объекты, так и отношения между ними (об этом чуть позже).\n",
    "Каждый объект имеет три атрибута – это *идентификатор*, *значение* и *тип*.\n",
    "\n",
    "*Идентификатор* – это уникальный признак объекта, позволяющий отличать объекты\n",
    "друг от друга, а *значение* – непосредственно информация, хранящаяся в памяти,\n",
    "которой управляет интерпретатор.\n",
    "\n",
    "При инициализации переменной, на уровне интерпретатора, происходит\n",
    "следующее:\n",
    "* создается целочисленный объект `5` (можно представить, что в этот момент создается ячейка и число `5` «кладется» в эту ячейку);\n",
    "\n",
    "* данный объект имеет некоторый идентификатор, значение: `5`, и тип: целое число;\n",
    "\n",
    "* посредством оператора `=` создается ссылка между переменной `b` и целочисленным объектом `5` (переменная `b` ссылается на объект `5`).\n",
    "\n",
    "> **Замечание.**\n",
    ">\n",
    "> Имя переменной не должно совпадать с ключевыми словами интерпретатора\n",
    "> Python . Список ключевых слов можно получить непосредственно в программе, для\n",
    "> этого нужно подключить модуль `keyword` и воспользоваться командой\n",
    "> `keyword.kwlist`."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "import keyword\n",
    "print(\"Python keywords: \" , keyword.kwlist)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Проверить является или нет идентификатор ключевым словом можно так:"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 4,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "keyword.iskeyword( \"try\" )"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 5,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "keyword.iskeyword( \"b\" )"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Для того, чтобы посмотреть на объект с каким идентификатором ссылается данная\n",
    "переменная, можно использовать функцию `id()`."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 6,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "a = 4\n",
    "b = 5\n",
    "id (a)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 7,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "id (b)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 8,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "a = b\n",
    "id (a)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Как видно из примера, идентификатор – это некоторое целочисленное значение,\n",
    "посредством которого уникально адресуется объект. Изначально переменная a\n",
    "ссылается на объект `4` с идентификатором `1829984576`, переменная `b`\n",
    "– на объект с `id = 1829984592`. После выполнения операции\n",
    "присваивания `a = b`, переменная a стала ссылаться на тот же объект,\n",
    "что и `b`.\n",
    "\n",
    "<!-- dom:FIGURE: [fig-datatype/refs.png, width=600 frac=1.0] -->\n",
    "<!-- begin figure -->\n",
    "![](fig-datatype/refs.png)<!-- end figure -->\n",
    "\n",
    "\n",
    "Тип переменной можно определить с помощью функции `type()`. Пример\n",
    "использования приведен ниже."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 9,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "a = 10\n",
    "b = \"hello\"\n",
    "c = ( 1 , 2 )\n",
    "type (a)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 10,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "type (b)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 11,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "type (c)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "<!-- Local Variables: -->\n",
    "<!-- doconce-chapter-nickname: \"datatype\" -->\n",
    "<!-- doconce-section-nickname: \"model\" -->\n",
    "<!-- End: -->\n",
    "# Изменяемые и неизменяемые типы данных\n",
    "<div id=\"datatype:mutable\"></div>\n",
    "\n",
    "В Python существуют изменяемые и неизменяемые типы.\n",
    "\n",
    "К неизменяемым (`immutable`) типам относятся:\n",
    "* целые числа (`int`);\n",
    "\n",
    "* числа с плавающей точкой (`float`);\n",
    "\n",
    "* комплексные числа (`complex`);\n",
    "\n",
    "* логические переменные (`bool`);\n",
    "\n",
    "* кортежи (`tuple`);\n",
    "\n",
    "* строки (`str`);\n",
    "\n",
    "* неизменяемые множества (`frozen set`).\n",
    "\n",
    "К изменяемым ( mutable ) типам относятся\n",
    "* списки (`list`);\n",
    "\n",
    "* множества (`set`);\n",
    "\n",
    "* словари (`dict`).\n",
    "\n",
    "Как уже было сказано ранее, при создании переменной, вначале создается объект,\n",
    "который имеет уникальный идентификатор, тип и значение, после этого переменная\n",
    "может ссылаться на созданный объект.\n",
    "\n",
    "Неизменяемость типа данных означает, что созданный объект больше не\n",
    "изменяется. Например, если мы объявим переменную `k = 15`, то будет создан объект\n",
    "со значением `15`, типа `int` и идентификатором, который можно узнать с помощью\n",
    "функции `id()`."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 12,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "k = 15\n",
    "id (k)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 13,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "type (k)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Объект с `id = 1672501744` будет иметь значение `15` и изменить его уже нельзя.\n",
    "Если тип данных изменяемый, то можно менять значение объекта.\n",
    "\n",
    "Например, создадим список `[1, 2]`, а потом заменим второй элемент на\n",
    "`3`."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 14,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "a = [1 ,2]\n",
    "id (a)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 15,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "a[1] = 3\n",
    "a"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 16,
   "metadata": {
    "collapsed": false
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "id(a)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Как видно, объект на который ссылается переменная `a`, был изменен. Это можно\n",
    "проиллюстрировать следующим рисунком.\n",
    "\n",
    "<!-- dom:FIGURE: [fig-datatype/mute.png, width=600 frac=1.0] -->\n",
    "<!-- begin figure -->\n",
    "![](fig-datatype/mute.png)<!-- end figure -->\n",
    "\n",
    "\n",
    "В рассмотренном случае, в качестве данных списка, выступают не объекты, а\n",
    "отношения между объектами. Т.е. в переменной a хранятся ссылки на объекты\n",
    "содержащие числа `1` и `3`, а не непосредственно сами эти числа.\n",
    "\n",
    "<!-- Local Variables: -->\n",
    "<!-- doconce-chapter-nickname: \"datatype\" -->\n",
    "<!-- doconce-section-nickname: \"mutable\" -->\n",
    "<!-- End: -->\n",
    "\n",
    "\n",
    "<!-- Local Variables: -->\n",
    "<!-- doconce-chapter-nickname: \"datatype\" -->\n",
    "<!-- End: -->"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {},
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
}
