정렬 HOW TO

저자

Andrew Dalke와 Raymond Hettinger

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0.1

파이썬 리스트에는 리스트를 제자리에서(in-place) 수정하는 내장 list.sort() 메서드가 있습니다. 또한, 이터러블로부터 새로운 정렬된 리스트를 만드는 sorted() 내장 함수가 있습니다.

이 문서에서는, 파이썬을 사용하여 데이터를 정렬하는 다양한 기술을 살펴봅니다.

정렬 기초

간단한 오름차순 정렬은 매우 쉽습니다; 그저 sorted() 함수를 호출하면 됩니다. 새로운 정렬된 리스트를 반환합니다:

>>> sorted([5, 2, 3, 1, 4])
[1, 2, 3, 4, 5]

list.sort() 메서드를 사용할 수도 있습니다. 리스트를 제자리에서 수정합니다 (그리고 혼동을 피하고자 None을 반환합니다). 일반적으로 sorted()보다 덜 편리합니다 - 하지만 원래 목록이 필요하지 않다면, 이것이 약간 더 효율적입니다.

>>> a = [5, 2, 3, 1, 4]
>>> a.sort()
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5]

또 다른 점은 list.sort() 메서드가 리스트에게만 정의된다는 것입니다. 이와 달리, sorted() 함수는 모든 이터러블을 받아들입니다.

>>> sorted({1: 'D', 2: 'B', 3: 'B', 4: 'E', 5: 'A'})
[1, 2, 3, 4, 5]

키 함수

list.sort()sorted()는 모두 비교하기 전에 각 리스트 요소에 대해 호출할 함수를 지정하는 key 매개 변수를 가지고 있습니다.

예를 들어, 다음은 대소 문자를 구분하지 않는 문자열 비교입니다:

>>> sorted("This is a test string from Andrew".split(), key=str.lower)
['a', 'Andrew', 'from', 'is', 'string', 'test', 'This']

key 매개 변수의 값은 단일 인자를 취하고 정렬 목적으로 사용할 키를 반환하는 함수여야 합니다. 키 함수가 각 입력 레코드에 대해 정확히 한 번 호출되기 때문에 이 기법은 빠릅니다.

일반적인 패턴은 객체의 인덱스 중 일부를 키로 사용하여 복잡한 객체를 정렬하는 것입니다. 예를 들어:

>>> student_tuples = [
...     ('john', 'A', 15),
...     ('jane', 'B', 12),
...     ('dave', 'B', 10),
... ]
>>> sorted(student_tuples, key=lambda student: student[2])   # sort by age
[('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

같은 기법이 이름있는 어트리뷰트를 갖는 객체에서도 작동합니다. 예를 들어:

>>> class Student:
...     def __init__(self, name, grade, age):
...         self.name = name
...         self.grade = grade
...         self.age = age
...     def __repr__(self):
...         return repr((self.name, self.grade, self.age))
>>> student_objects = [
...     Student('john', 'A', 15),
...     Student('jane', 'B', 12),
...     Student('dave', 'B', 10),
... ]
>>> sorted(student_objects, key=lambda student: student.age)   # sort by age
[('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

operator 모듈 함수

위에서 보여준 키 함수 패턴은 매우 일반적이므로, 파이썬은 액세스 함수를 더 쉽고 빠르게 만드는 편리 함수를 제공합니다. operator 모듈에는 itemgetter(), attrgetter()methodcaller() 함수가 있습니다.

이러한 함수를 사용하면, 위의 예제가 더 간단 해지고 빨라집니다:

>>> from operator import itemgetter, attrgetter
>>> sorted(student_tuples, key=itemgetter(2))
[('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]
>>> sorted(student_objects, key=attrgetter('age'))
[('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

operator 모듈 함수는 다중 수준의 정렬을 허용합니다. 예를 들어, 먼저 grade로 정렬한 다음 age로 정렬하려면, 이렇게 합니다:

>>> sorted(student_tuples, key=itemgetter(1,2))
[('john', 'A', 15), ('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12)]
>>> sorted(student_objects, key=attrgetter('grade', 'age'))
[('john', 'A', 15), ('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12)]

오름차순과 내림차순

list.sort()sorted()는 모두 불리언 값을 갖는 reverse 매개 변수를 받아들입니다. 내림차순 정렬을 지정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 학생 데이터를 역 age 순서로 얻으려면, 이렇게 합니다:

>>> sorted(student_tuples, key=itemgetter(2), reverse=True)
[('john', 'A', 15), ('jane', 'B', 12), ('dave', 'B', 10)]
>>> sorted(student_objects, key=attrgetter('age'), reverse=True)
[('john', 'A', 15), ('jane', 'B', 12), ('dave', 'B', 10)]

정렬 안정성과 복잡한 정렬

정렬은 안정적임이 보장됩니다. 즉, 여러 레코드가 같은 키를 가질 때, 원래의 순서가 유지됩니다.

>>> data = [('red', 1), ('blue', 1), ('red', 2), ('blue', 2)]
>>> sorted(data, key=itemgetter(0))
[('blue', 1), ('blue', 2), ('red', 1), ('red', 2)]

blue에 대한 두 레코드가 원래 순서를 유지해서 ('blue', 1)('blue', 2)보다 앞에 나옴이 보장됨에 유의하십시오.

이 멋진 속성은 일련의 정렬 단계로 복잡한 정렬을 만들 수 있도록 합니다. 예를 들어, 학생 데이터를 grade의 내림차순으로 정렬한 다음, age의 오름차순으로 정렬하려면, 먼저 age 정렬을 수행한 다음 grade를 사용하여 다시 정렬합니다:

>>> s = sorted(student_objects, key=attrgetter('age'))     # sort on secondary key
>>> sorted(s, key=attrgetter('grade'), reverse=True)       # now sort on primary key, descending
[('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

파이썬에서 사용된 Timsort 알고리즘은 데이터 집합에 이미 존재하는 순서를 활용할 수 있으므로 효율적으로 여러 번의 정렬을 수행합니다.

장식-정렬-복원을 사용하는 낡은 방법

이 관용구는 그것의 세 단계를 따라 장식-정렬-복원(Decorate-Sort-Undecorate)이라고 합니다:

  • 첫째, 초기 리스트가 정렬 순서를 제어하는 새로운 값으로 장식됩니다.

  • 둘째, 장식된 리스트를 정렬합니다.

  • 마지막으로, 장식을 제거하여, 새 순서로 초깃값만 포함하는 리스트를 만듭니다.

예를 들어, DSU 방식을 사용하여 grade로 학생 데이터를 정렬하려면 다음과 같이 합니다:

>>> decorated = [(student.grade, i, student) for i, student in enumerate(student_objects)]
>>> decorated.sort()
>>> [student for grade, i, student in decorated]               # undecorate
[('john', 'A', 15), ('jane', 'B', 12), ('dave', 'B', 10)]

이 관용구는 튜플이 사전식으로 비교되기 때문에 작동합니다; 첫 번째 항목이 비교됩니다; 그들이 같으면 두 번째 항목이 비교되고, 이런 식으로 계속됩니다.

모든 경우에 장식된 리스트에 인덱스 i를 포함할 필요는 없지만, 두 가지 이점이 있습니다:

  • 정렬이 안정적입니다 -- 두 항목이 같은 키를 가지면, 그 들의 순서가 정렬된 리스트에 유지됩니다.

  • 장식된 튜플의 순서는 최대 처음 두 항목에 의해 결정되므로 원래 항목은 비교 가능할 필요가 없습니다. 그래서 예를 들어, 원래 리스트에는 직접 정렬될 수 없는 복소수가 포함될 수 있습니다.

이 관용구의 또 다른 이름은 펄 프로그래머들 사이에서 이것을 대중화한 Randal L. Schwartz의 이름을 딴 Schwartzian 변환입니다.

이제 파이썬 정렬이 키 함수를 제공하기 때문에, 이 기법은 자주 필요하지 않습니다.

cmp 매개 변수를 사용하는 낡은 방법

이 HOWTO에서 제공하는 많은 구문은 파이썬 2.4 이상을 가정합니다. 그전에는, sorted() 내장 함수가 없었으며 list.sort()는 키워드 인자를 취하지 않았습니다. 대신, 모든 Py2.x 버전은 사용자 지정 비교 함수를 처리하기 위해 cmp 매개 변수를 지원했습니다.

Py3.0에서는, cmp 매개 변수가 완전히 제거되었습니다 (언어를 단순화하고 통합하기 위한 노력의 일환으로, 풍부한 비교(rich comparisons)와 __cmp__() 매직 메서드 간의 충돌을 제거했습니다).

Py2.x에서, sort는 비교 작업을 위해 호출할 수 있는 선택적 함수를 허용했습니다. 이 함수는 비교할 두 개의 인자를 취한 다음, 첫 번째가 두 번째보다 작으면(less-than) 음수 값을 반환하고, 같으면 0을 반환하고, 크면(greater-than) 양수 값을 반환해야 합니다. 예를 들어, 다음과 같이 할 수 있습니다:

>>> def numeric_compare(x, y):
...     return x - y
>>> sorted([5, 2, 4, 1, 3], cmp=numeric_compare) # doctest: +SKIP
[1, 2, 3, 4, 5]

또는 비교 순서를 다음과 같이 뒤집을 수 있습니다:

>>> def reverse_numeric(x, y):
...     return y - x
>>> sorted([5, 2, 4, 1, 3], cmp=reverse_numeric) # doctest: +SKIP
[5, 4, 3, 2, 1]

파이썬 2.x에서 3.x로 코드를 이식할 때, 사용자가 비교 함수를 제공하고 이를 키 함수로 변환해야 하는 상황이 발생할 수 있습니다. 다음 래퍼를 사용하면 쉽게 할 수 있습니다:

def cmp_to_key(mycmp):
    'Convert a cmp= function into a key= function'
    class K:
        def __init__(self, obj, *args):
            self.obj = obj
        def __lt__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) < 0
        def __gt__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) > 0
        def __eq__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) == 0
        def __le__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) <= 0
        def __ge__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) >= 0
        def __ne__(self, other):
            return mycmp(self.obj, other.obj) != 0
    return K

키 함수로 변환하려면, 단지 이전 비교 함수를 감싸면 됩니다:

>>> sorted([5, 2, 4, 1, 3], key=cmp_to_key(reverse_numeric))
[5, 4, 3, 2, 1]

파이썬 3.2에서, functools.cmp_to_key() 함수가 표준 라이브러리의 functools 모듈에 추가되었습니다.

잡동사니

  • 로케일 인식 정렬의 경우, 키 함수로는 locale.strxfrm()를, 비교 함수로는 locale.strcoll()을 사용하십시오.

  • reverse 매개 변수는 여전히 정렬 안정성을 유지합니다 (그래서 같은 키를 갖는 레코드는 원래 순서를 유지합니다). 흥미롭게도, 그 효과는 내장 reversed() 함수를 두 번 사용하여 매개 변수 없이 흉내 낼 수 있습니다:

    >>> data = [('red', 1), ('blue', 1), ('red', 2), ('blue', 2)]
    >>> standard_way = sorted(data, key=itemgetter(0), reverse=True)
    >>> double_reversed = list(reversed(sorted(reversed(data), key=itemgetter(0))))
    >>> assert standard_way == double_reversed
    >>> standard_way
    [('red', 1), ('red', 2), ('blue', 1), ('blue', 2)]
    
  • 정렬 루틴은 두 객체를 비교할 때 __lt__()를 사용하도록 보장됩니다. 따라서 __lt__() 메서드를 정의하여, 표준 정렬 순서를 클래스에 추가하기는 쉽습니다:

    >>> Student.__lt__ = lambda self, other: self.age < other.age
    >>> sorted(student_objects)
    [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]
    
  • 키 함수는 정렬되는 객체에 직접 의존할 필요가 없습니다. 키 함수는 외부 자원에 액세스할 수도 있습니다. 예를 들어, 학생 성적이 딕셔너리에 저장되어 있다면, 학생 이름의 별도 리스트를 정렬하는 데 사용할 수 있습니다:

    >>> students = ['dave', 'john', 'jane']
    >>> newgrades = {'john': 'F', 'jane':'A', 'dave': 'C'}
    >>> sorted(students, key=newgrades.__getitem__)
    ['jane', 'dave', 'john']