تعریف تاپل (Tuple)

تاپل (Tuple) یکی از انواع داده‌های توکار در زبان پایتون است که برای ذخیره مجموعه‌ای از مقادیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. از نظر ساختار، تاپل بسیار شبیه لیست (List) است، با این تفاوت که غیرقابل تغییر (immutable) می‌باشد. به عبارت دیگر، پس از ایجاد یک تاپل، امکان افزودن، حذف یا تغییر عناصر آن وجود ندارد.

نکته:

تاپل با استفاده از پرانتز () تعریف می‌شود و عناصر آن با ویرگول , از یکدیگر جدا می‌شوند.

my_tuple = (10, 20, 30, "Python", True)

در این مثال، تاپل شامل انواع داده‌ی عددی، رشته‌ای و بولی است.

تفاوت تاپل با لیست

هر دو ساختار، یعنی لیست و تاپل، قابلیت نگهداری چند نوع داده را دارند و عناصر آن‌ها به صورت ترتیبی ذخیره می‌شوند. اما تفاوت اصلی در قابلیت تغییر است:

• لیست‌ها قابل تغییر (mutable) هستند؛ می‌توان مقادیر آن‌ها را در زمان اجرا تغییر داد.
• تاپل‌ها غیرقابل تغییر (immutable) هستند؛ پس از تعریف، محتوای آن‌ها ثابت است.

مثال:

numbers = (1, 2, 3)
numbers[0] = 100  #  خطا می‌دهد؛ زیرا تاپل قابل تغییر نیست

شکل ظاهری تاپل

• عناصر درون پرانتز () قرار می‌گیرند.
• عناصر با , از یکدیگر جدا می‌شوند.
• در صورتی که تاپل تنها شامل یک مقدار باشد، باید پس از آن ویرگول قرار گیرد تا پایتون آن را به عنوان تاپل تشخیص دهد.

t1 = (5,)                  #  تاپل تک‌عضوی
t2 = (5)                   #  تاپل نیست، عدد صحیح فرض میشود

ویژگی‌های تاپل

۱. ترتیب‌دار (Ordered)

عناصر تاپل دارای ترتیب مشخص هستند و همان ترتیب در زمان تعریف، در حافظه نیز حفظ می‌شود.

۲. قابل دسترسی با اندیس (Indexable)

هر عنصر دارای یک اندیس عددی است که از صفر آغاز می‌شود. می‌توان با استفاده از اندیس به عناصر دسترسی داشت:

colors = ("red", "green", "blue")
print(colors[1])             #output: green

۳. غیرقابل تغییر (Immutable)

عناصر تاپل پس از تعریف قابل تغییر نیستند؛ نمی‌توان آن‌ها را حذف، جایگزین یا اضافه کرد.

۴. پذیرش مقادیر تکراری (Allow Duplicates)

در تاپل می‌توان از مقادیر تکراری استفاده کرد:

nums = (1, 2, 2, 3)

دسترسی به عناصر با استفاده از اندیس (Indexing)

هر عنصر در تاپل دارای یک اندیس عددی است که از صفر شروع می‌شود. می‌توان با استفاده از نام تاپل و اندیس موردنظر در داخل براکت [] به عنصر مربوطه دسترسی پیدا کرد.

numbers = (10, 20, 30, 40)
print(numbers[0])            #output: 10
print(numbers[2])            # output: 30

# اندیس منفی:
print(numbers[-1])            # خروجی: 40 (آخرین عنصر)
print(numbers[-2])            # خروجی: 30

پیمایش تاپل با حلقه (Looping)

از آنجا که تاپل یک ساختار ترتیب‌دار و قابل پیمایش (Iterable) است، می‌توان با استفاده از حلقه for تمام عناصر آن را مرور کرد:

fruits = ("apple", "banana", "cherry")
for item in fruits:
    print(item)

# output:
# apple
# banana
# cherry

این روش فقط برای خواندن داده‌ها مناسب است، زیرا امکان تغییر مقدار عناصر تاپل وجود ندارد.

بررسی وجود یک مقدار با عملگر in

colors = ("red", "green", "blue")

print("green" in colors)             #output: True
print("yellow" in colors)           #output: False

بطورکلی: تاپل در پایتون علاوه بر ویژگی‌های اصلی خود (ترتیب‌دار، غیرقابل تغییر، پذیرای مقادیر تکراری و ایندکس‌پذیر)، از نظر نحوه‌ی دسترسی به داده‌ها نیز مشابه لیست عمل می‌کند.

• می‌توان با اندیس به عناصر خاص دست یافت.
• می‌توان با حلقه for عناصر را پیمایش کرد.
• می‌توان با عملگر in بررسی کرد که آیا مقداری در تاپل وجود دارد یا خیر.

عملگرهای جمع (+) و ضرب (*) برای تاپل

در پایتون، تاپل‌ها علاوه بر ویژگی‌های اصلی خود، از عملگرهای جمع + و ضرب * نیز پشتیبانی می‌کنند. این دو عملگر برای ترکیب یا تکرار داده‌ها در تاپل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و بدون تغییر در داده‌های اصلی، تاپل جدیدی تولید می‌کنند.

جمع دو تاپل (Tuple Concatenation)

tuple1 = (1, 2, 3)
tuple2 = (4, 5, 6)
result = tuple1 + tuple2
print(result)

# output:
# (1, 2, 3, 4, 5, 6)

نکته: از آن‌جا که تاپل‌ها غیرقابل تغییر (immutable) هستند، عملگر + باعث ایجاد تاپل جدید می‌شود و تاپل‌های اولیه را تغییر نمی‌دهد.

ضرب تاپل در عدد صحیح (Tuple Repetition)

letters = ("A", "B")
result = letters * 3
print(result)

# output:
# ('A', 'B', 'A', 'B', 'A', 'B')

نکته: عدد باید عدد صحیح (integer) باشد؛ استفاده از عدد اعشاری منجر به خطا می‌شود. همچنین، اگر عدد صفر باشد، تاپل خالی () بازگردانده می‌شود.

nums = (1, 2, 3)
print(nums * 0)   #output: ()

بطورکلی در کار با تاپل‌ها:

• عملگر + برای اتصال (Concatenation) چند تاپل به کار می‌رود.
• عملگر * برای تکرار (Repetition) عناصر یک تاپل استفاده می‌شود.
• هیچ‌کدام از این عملگرها تاپل اولیه را تغییر نمی‌دهند، بلکه تاپل جدیدی تولید می‌کنند.

متدهای تاپل

از آنجا که تاپل‌ها غیرقابل تغییر (immutable) هستند، تعداد متدهای آن‌ها محدود است. در واقع، تنها دو متد اصلی برای کار با تاپل‌ها وجود دارد:

متد count()

این متد برای شمارش تعداد تکرار یک مقدار مشخص در تاپل استفاده می‌شود:

numbers = (1, 2, 3, 2, 4, 2)
count_2 = numbers.count(2)
print(count_2)

# output:
# 3

متد index()

این متد برای یافتن اولین محل وقوع یک مقدار خاص در تاپل استفاده می‌شود.

letters = ("a", "b", "c", "b", "d")
index_b = letters.index("b")
print(index_b)

# output:
# 1

توضیح: اگر مقدار مورد نظر در تاپل وجود نداشته باشد، متد index() خطای ValueError تولید می‌کند:

letters = ("a", "b", "c")
print(letters.index("x"))

# output:
# ValueError: tuple.index(x): x not in tuple

نکته تکمیلی: متدهایی مانند append(), remove(), pop() و extend() که در لیست‌ها وجود دارند، برای تاپل تعریف نشده‌اند.

توابع داخلی کاربردی برای تاپل‌ها

علاوه بر دو متد اصلی count() و index()، پایتون توابع داخلی دارد که می‌توان آن‌ها را روی تاپل‌ها نیز اجرا کرد.

تابع len()

data = (10, 20, 30, 40)
print(len(data))

# output:
# 4

تابع max() و min()

numbers = (5, 12, 3, 9)
print(max(numbers))  # 12
print(min(numbers))  # 3

تابع sum()

values = (2, 4, 6, 8)
print(sum(values))

# output:
# 20

تابع sorted()

تابع sorted() عناصر تاپل را مرتب‌سازی می‌کند، اما خروجی آن یک لیست جدید است (نه تاپل).

data = (5, 2, 8, 1)
print(sorted(data))

# output:
# [1, 2, 5, 8]

نکته: این توابع فقط برای خواندن و پردازش داده‌ها هستند و ساختار اصلی تاپل را تغییر نمی‌دهند.

تاپل پکینگ (Packing) و آن‌پکینگ (Unpacking)

یکی از ویژگی‌های مهم تاپل‌ها قابلیت بسته‌بندی (packing) و بازکردن (unpacking) داده‌ها است. این قابلیت باعث می‌شود چند مقدار را به‌صورت منظم در یک متغیر ذخیره کنیم یا از یک تاپل چند متغیر جدا استخراج کنیم.

تاپل پکینگ (Tuple Packing)

در packing چند مقدار را در قالب یک تاپل در یک متغیر قرار می‌دهیم. پایتون به‌صورت خودکار از مقادیر جداشده با کاما، یک تاپل می‌سازد — حتی اگر پرانتز ننویسیم.

student = "Ali", 21, "Computer Engineering"
print(student)

# output:
# ('Ali', 21, 'Computer Engineering')

وقتی چند مقدار را با ویرگول کنار هم می‌نویسیم، پایتون به طور خودکار آن‌ها را در یک تاپل بسته ‌بندی می‌کند، حتی بدون پرانتز. پرانتز فقط برای خوانایی بهتر است و الزامی نیست.

تاپل آن‌پکینگ (Tuple Unpacking)

در unpacking مقادیر داخل یک تاپل را در چند متغیر جداگانه باز می‌کنیم. تعداد متغیرها در سمت چپ باید دقیقاً برابر با تعداد اعضای تاپل باشد.

student = ("Ali", 21, "Computer Engineering")
name, age, field = student
print(name)
print(age)
print(field)

# output:
# Ali
# 21
# Computer Engineering

نکته: در آن‌پکینگ، ترتیب متغیرها اهمیت دارد. هر مقدار تاپل به ترتیب در متغیر متناظر خود قرار می‌گیرد.

نکات مهم آن‌پکینگ

1. تعداد متغیرها باید برابر با تعداد عناصر تاپل باشد، در غیر این صورت خطای ValueError رخ می‌دهد.

data = (1, 2, 3)
a, b = data

# output:
# ValueError: too many values to unpack (expected 2)

استفاده از * (ستاره) در آن‌پکینگ

می‌توان از * برای جمع کردن بقیه عناصر در یک لیست استفاده کرد.

numbers = (1, 2, 3, 4, 5)
first, *rest = numbers
print(first)
print(rest)

# output:
# 1
# [2, 3, 4, 5]

نکته: با * می‌توانیم هنگام آن‌پکینگ، تعداد نامشخصی از عناصر را در یک متغیر جمع‌آوری کنیم. اما در یک آن‌پکینگ فقط یک متغیر می‌تواند * داشته باشد.

💡 تمرین‌ها و سوالات

# خروجی: ('Ali', 25, 'Tehran')

# راه حل:
person = ("Ali", 25, "Tehran")
print(person)

# خروجی:
# <class 'tuple'>
# <class 'int'>

# راه حل:
t1 = (5,)
print(type(t1))

t2 = (5)
print(type(t2))

# خروجی:
# red
# yellow

# راه حل:
colors = ("red", "green", "blue", "yellow")
print(colors[0])
print(colors[-1])

# خروجی: 3

# راه حل:
grades = (18, 20, 18, 19, 18, 17, 20)
count_18 = grades.count(18)
print(count_18)

# خروجی: 2

# راه حل:
cities = ("Tehran", "Mashhad", "Isfahan", "Shiraz", "Tabriz")
position = cities.index("Isfahan")
print(position)

weekdays = ("Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri")
weekend = ("Sat", "Sun")
# خروجی: ('Mon', 'Tue', 'Wed', 'Thu', 'Fri', 'Sat', 'Sun')

# راه حل:
weekdays = ("Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri")
weekend = ("Sat", "Sun")
week = weekdays + weekend
print(week)

# خروجی: 10

# راه حل:
symbol = ("*",)
repeated = symbol * 10
print(len(repeated))

# خروجی: True

# راه حل:
numbers = (1, 3, 5, 7, 9)
result = 7 in numbers
print(result)

# خروجی:
# 1. apple
# 2. banana
# 3. cherry

# راه حل:
fruits = ("apple", "banana", "cherry")
for i, fruit in enumerate(fruits, start=1):
    print(f"{i}. {fruit}")

# خروجی:
# 1
# 10
# [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# راه حل:
numbers = (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
first, *middle, last = numbers
print(first)
print(last)
print(middle)

# خروجی: 18.4

# راه حل:
scores = (18, 20, 17, 19, 18)
average = sum(scores) / len(scores)
print(average)

# خروجی: (12, 23, 45, 67, 89)

# راه حل:
prices = (45, 23, 67, 12, 89)
sorted_prices = tuple(sorted(prices))
print(sorted_prices)

# خروجی:
# بیشترین دما: 35
# کمترین دما: 20

# راه حل:
temperatures = (25, 30, 22, 28, 35, 20, 32)
print(f"بیشترین دما: {max(temperatures)}")
print(f"کمترین دما: {min(temperatures)}")

# خروجی: ('P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n')

# راه حل:
text = "Python"
chars = tuple(text)
print(chars)

# خروجی: 5.0

# راه حل:
points = ((0, 0), (3, 4), (5, 12))
x, y = points[1]
distance = (x**2 + y**2) ** 0.5
print(distance)

# ورودی: r = 5
# خروجی: (31.4, 78.5)

# راه حل:
def circle_properties(radius):
    pi = 3.14
    circumference = 2 * pi * radius
    area = pi * radius ** 2
    return (circumference, area)

r = 5
result = circle_properties(r)
print(result)

# خروجی: (12, 15, 20, 23, 30)

# راه حل:
numbers = (1, 5, 8, 12, 15, 20, 23, 30)
filtered = tuple(num for num in numbers if num > 10)
print(filtered)

# یا با استفاده از filter:
filtered = tuple(filter(lambda x: x > 10, numbers))
print(filtered)

# خروجی:
# اعداد زوج: 4
# اعداد فرد: 3

# راه حل:
numbers = (10, 15, 20, 25, 30, 35, 40)
even_count = 0
odd_count = 0

for num in numbers:
    if num % 2 == 0:
        even_count += 1
    else:
        odd_count += 1

print(f"اعداد زوج: {even_count}")
print(f"اعداد فرد: {odd_count}")

# خروجی: (7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70)

# راه حل:
number = 7
multiples = tuple(number * i for i in range(1, 11))
print(multiples)

# خروجی:
# دانشجوی برتر: ('Fatemeh', 21, 19.5)

# راه حل:
students = (
    ("Ali", 20, 18.5),
    ("Fatemeh", 21, 19.5),
    ("Reza", 22, 17.8)
)

# پیدا کردن دانشجوی برتر
top_student = max(students, key=lambda student: student[2])
print(f"دانشجوی برتر: {top_student}")

# یا به صورت دستی:
top_student = students[0]
for student in students:
    if student[2] > top_student[2]:
        top_student = student
print(f"دانشجوی برتر: {top_student}")