Python〜シーケンス型 リストの複数要素の操作方法

Pythonはその使いやすさと強力なライブラリ群により、バイオインフォマティクスの分野で広く利用されています。特に、シーケンスデータの解析や操作においてリストは非常に重要な役割を果たします。本記事では、Python3を使用してシーケンス型リストの複数要素の追加、置換、削除方法について基本と応用を解説します。

リストの基本操作

リストの作成

Pythonでリストを作成するのは非常に簡単です。以下はDNA塩基配列をリストとして表現する例です。

dna_sequence = ['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T']
print(dna_sequence)

このコードは ['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T'] というリストを作成し、それを出力します。

要素の追加

リストに要素を追加するには、append メソッドを使用します。これはリストの末尾に新しい要素を追加します。

dna_sequence.append('C')
print(dna_sequence)

このコードを実行すると、['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T', 'C'] が出力されます。

複数の要素を一度に追加する場合は、extend メソッドを使用します。

dna_sequence.extend(['A', 'T'])
print(dna_sequence)

このコードを実行すると、['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T', 'C', 'A', 'T'] が出力されます。

要素の置換

特定の要素を置換するには、インデックスを使用します。たとえば、リストの2番目の要素を G から C に変更するには、次のようにします。

dna_sequence[1] = 'C'
print(dna_sequence)

これにより、['A', 'C', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T', 'C', 'A', 'T'] が出力されます。

複数の要素を置換する場合はスライシングを使用します。

dna_sequence[1:3] = ['T', 'T']
print(dna_sequence)

このコードを実行すると、['A', 'T', 'T', 'C', 'A', 'G', 'T', 'C', 'A', 'T'] が出力されます。

要素の削除

リストから特定の要素を削除するには、remove メソッドを使用します。

dna_sequence.remove('T')
print(dna_sequence)

このコードを実行すると、最初に出現する T が削除され、['A', 'T', 'C', 'A', 'G', 'T', 'C', 'A', 'T'] が出力されます。

特定のインデックスの要素を削除するには、pop メソッドを使用します。

dna_sequence.pop(2)
print(dna_sequence)

このコードを実行すると、インデックス2の要素が削除され、['A', 'T', 'A', 'G', 'T', 'C', 'A', 'T'] が出力されます。

応用：DNAシーケンスの編集

ここからは、リスト操作の基本を活用してバイオインフォマティクスでの応用例を見てみましょう。

DNAシーケンスの変異導入

例えば、特定の位置に変異を導入する場合、以下のように実装できます。

def introduce_mutation(sequence, position, new_base):
    sequence[position] = new_base
    return sequence

dna_sequence = ['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T']
mutated_sequence = introduce_mutation(dna_sequence, 3, 'T')
print(mutated_sequence)

このコードは、インデックス3の位置にある塩基を C から T に変更し、['A', 'T', 'G', 'T', 'A', 'G', 'T'] を出力します。

複数の変異の導入

複数の位置に変異を導入するには、リストのスライシングと拡張を組み合わせます。

def introduce_mutations(sequence, positions, new_bases):
    for pos, base in zip(positions, new_bases):
        sequence[pos] = base
    return sequence

dna_sequence = ['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T']
mutated_sequence = introduce_mutations(dna_sequence, [1, 4], ['C', 'G'])
print(mutated_sequence)

このコードは、インデックス1と4の位置にある塩基をそれぞれ C と G に変更し、['A', 'C', 'G', 'C', 'G', 'G', 'T'] を出力します。

配列の部分削除と挿入

特定の範囲の塩基を削除し、新しい塩基を挿入する操作も可能です。

def delete_and_insert(sequence, start, end, new_sequence):
    sequence[start:end] = new_sequence
    return sequence

dna_sequence = ['A', 'T', 'G', 'C', 'A', 'G', 'T']
modified_sequence = delete_and_insert(dna_sequence, 2, 5, ['C', 'T', 'A'])
print(modified_sequence)

このコードは、インデックス2から4までの要素を削除し、その位置に ['C', 'T', 'A'] を挿入し、['A', 'T', 'C', 'T', 'A', 'G', 'T'] を出力します。

まとめ

Pythonのリスト操作はバイオインフォマティクスのさまざまな解析やデータ操作において強力なツールです。基本的な追加、置換、削除の方法を理解することで、複雑なシーケンスデータの編集や解析が容易になります。今回紹介した方法を活用して、より効率的なデータ操作を実現し、研究を進めていきましょう。