Python應用中的默認字典

一、默認字典概述

在Python的collections模塊中，有一種叫做defaultdict的數據結構，它是dict類的一個子類，它能夠自動為字典中不存在的鍵提供默認值。

    from collections import defaultdict
    
    # 設置列表為默認值
    d = defaultdict(list)
    
    # 字典中沒有key為"name"的鍵，則插入鍵"name"，值為[]，即一個空列表
    # 並將返回值作為這個列表的引用
    d["name"].append("John")

在默認字典中，如果訪問字典中不存在的鍵，則默認會自動創建這個鍵並且對應的值是在創建defaultdict時所指定的默認值，最常見的情況就是使用列表為默認值。

二、默認字典的應用

默認字典的應用非常廣泛，在以下幾個方面，我們可以看到默認字典的強大和方便

1. 計數器Counter

Counter是collections模塊中的一個計數器，它使用默認字典作為容器，用來計數相同元素出現的次數。

    from collections import Counter
    
    # 使用Counter統計列表中各元素出現的次數
    L = [1, 2, 1, 3, 2, 1, 2, 4, 5, 1]
    c = Counter(L)
    print(c)  # Counter({1: 4, 2: 3, 3: 1, 4: 1, 5: 1})

使用Counter的過程，實際上是為每個元素初始化一個默認值，並每次遍歷到這個元素是增加計數器。

2. 節省代碼行數

使用默認字典可以省去對鍵是否存在的判斷，能大大減少代碼行數。比如以下代碼：

    # 對於每個鍵，統計它出現的次數，沒有出現過則將次數初始化為0
    for key in keys:
        if key not in d:
            d[key] = 0
        d[key] += 1

這樣的代碼可以使用下面的代碼來替代：

    for key in keys:
        d[key] += 1

3. 容器嵌套

在容器嵌套的情況下，使用默認字典可以避免鍵映射到不存在的值的情況，從而使代碼更為緊湊。

    # 學生成績均分統計(d為默認字典，可以方便地追加學生成績)
    d = defaultdict(list)
    for name, score in scores:
        d[name].append(score)

    # 輸出每位學生平均分
    for name, scores in d.items():
        avg_score = sum(scores) / len(scores)
        print(f"{name}: {avg_score}")

三、默認字典的用法

雖然默認字典非常便利實用，但是需要注意以下幾個問題：

1. 默認值需要可迭代

當我們使用默認字典來創建一個默認空列表的時候，在將這個列表元素加入到默認字典中時，需要的是一個可迭代的對象。

    from collections import defaultdict
    
    d = defaultdict(list)
    d["name"].append("John")  # 正確
    d["name"].append("Mike")  # 正確

    d["name"] = "John"  # 錯誤，字符串不可迭代

2. 默認值的函數要注意副作用

在使用默認值函數時，需要注意函數是否有副作用，建議使用lambda表達式。

    # 正確方式：不具有副作用的lambda表達式
    d = defaultdict(lambda: [])

    # 錯誤方式：具有副作用的函數
    def foo():
        print("hello")
        return []
    d = defaultdict(foo)
    d[1]  # 輸出"hello"，並返回一個空列表
    d[2]  # 輸出"hello"，並返回一個空列表

3. 默認值函數的應用

我們可以任意定製默認值函數，比如追蹤創建了哪些鍵：

    def key_tracker():
        c = []
        def tracker():
            c.append(len(c))
            return []
        return tracker

    tracker = key_tracker()
    d = defaultdict(tracker)

    _ = d["name1"]
    _ = d["name2"]
    _ = d["name3"]

    print(tracker())  # [0, 1, 2]

四、總結

Python中的默認字典可謂是一個功能強大且便捷實用的數據結構，它大大了簡化了容器中鍵的初始化和增加操作。在實際的Python開發中，我們可以充分發揮其威力，優化代碼，簡化程序邏輯。