Python Dictionary：無序映射和高效查找

在Python中，字典是一種非常常見且有用的數據結構。它們提供了一種無序映射，以及快速高效的查找操作。在這篇文章中，我們將探討字典的基礎知識，以及如何在Python中使用它們。

一、字典的基礎知識

字典是一種無序的鍵值對集合。每個鍵和值都是Python對象，它們之間存在一一對應的關係。使用字典時，您可以通過鍵來訪問值。字典中的鍵必須是唯一的，而值可以是任意類型的Python對象。

字典在Python中用一對花括弧{}表示。每個鍵值對由一個鍵和一個值組成，中間使用冒號：分隔。在鍵和值之間使用逗號分隔。例如，以下是一個包含三個鍵值對的字典：

{
  "name": "Alice",
  "age": 30,
  "city": "New York"
}

您還可以使用內置函數dict()創建字典。例如，以下代碼創建了一個與上面的字典相同的字典：

my_dict = dict(name="Alice", age=30, city="New York")

在Python 3.7及更高版本中，字典是有序的。這意味著在相同版本的Python中創建的字典將按照添加鍵值對的順序進行迭代。

二、字典的操作

字典支持一系列操作，包括添加、刪除、更新、查找等。

1. 添加鍵值對

您可以使用方括弧[]語法向字典添加鍵值對。例如，以下代碼添加了一個鍵為”email”，值為”alice@example.com”的鍵值對：

my_dict["email"] = "alice@example.com"

2. 刪除鍵值對

您可以使用del語句刪除字典中的鍵值對。例如，以下代碼從字典中刪除了鍵為”age”的鍵值對：

del my_dict["age"]

3. 更新鍵值對

您可以使用方括弧[]語法更新字典中的鍵值對。例如，以下代碼將鍵為”name”的值從”Alice”更改為”Bob”：

my_dict["name"] = "Bob"

4. 查找鍵值對

您可以使用方括弧[]語法和get()方法來查找字典中的值。例如，以下代碼查找了鍵為”city”的值：

city = my_dict["city"]
city = my_dict.get("city", "default_value") # 如果該鍵不存在，則返回默認值

還可以使用in關鍵字來檢查鍵是否存在於字典中：

if "name" in my_dict:
  print("Name:", my_dict["name"])

三、字典的應用

字典在Python編程中有很多用途，以下是一些基本的應用：

1. 統計詞頻

在自然語言處理中，經常需要統計文本中單詞出現的頻率。以下代碼是一個簡單的例子，它使用字典來計算”Lorem Ipsum”文本中每個單詞的出現次數：

text = "Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Vestibulum mollis finibus nunc, sit amet bibendum urna lobortis vitae. Sed nec ligula pellentesque, malesuada enim ut, fringilla est. Fusce nec mollis eros. Aliquam nulla dolor, consequat ut interdum sed, fermentum sed sapien. Nullam luctus massa a nisl laoreet rhoncus. Duis a risus efficitur, pulvinar orci quis, sagittis magna. Ut dictum est sed felis consequat finibus. Sed vitae nisi id urna commodo egestas in vitae eros. Nulla facilisi."
words = text.split()

word_counts = dict()
for word in words:
  if word in word_counts:
    word_counts[word] += 1
  else:
    word_counts[word] = 1

print(word_counts)

2. 緩存數據

緩存是一種常見的編程技巧，用於存儲計算開銷較大的結果，以避免重複計算。字典是一種常見的緩存數據結構。以下代碼是一個簡單的例子，它使用字典來緩存斐波那契數列中的結果：

fib_cache = {0: 0, 1: 1}

def fib(n):
  if n in fib_cache:
    return fib_cache[n]

  result = fib(n-1) + fib(n-2)
  fib_cache[n] = result
  return result

print(fib(10)) # 計算fib(10)，結果被緩存
print(fib_cache) # 輸出緩存中的所有結果

3. 構建映射

字典是一種非常有效的數據結構，用於構建鍵到值的映射。以下代碼是一個簡單的例子，它使用字典構建從月份縮寫到完整名稱的映射：

month_dict = {
  "Jan": "January",
  "Feb": "February",
  "Mar": "March",
  "Apr": "April",
  "May": "May",
  "Jun": "June",
  "Jul": "July",
  "Aug": "August",
  "Sep": "September",
  "Oct": "October",
  "Nov": "November",
  "Dec": "December"
}

month = "Jan"
full_name = month_dict[month]
print(full_name)

總結

在Python編程中，字典是一種十分常用的數據結構。它們提供了一種無序的鍵值對集合，並支持快速和高效的查找。本文介紹了字典的基礎知識、相關操作以及一些常見的應用，希望可以幫助讀者更好地理解和應用字典。