Python Dictionary：高效查詢和操作關鍵字對應值的利器

一、什麼是字典？

在Python中，字典是一種可以存儲鍵-值對的數據結構，也稱為關聯數組、哈希表或映射。字典的內部實現使用了哈希表，因此能夠快速地進行搜索和插入操作。

字典的每個鍵唯一且不可變，一般情況下使用字元串或數字作為鍵，可以使用任何不可變的對象作為鍵，例如元組、布爾值等。值可以是任何類型的對象，包括字元串、數字、列表、元組和其它字典。

# 字典示例
d = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'gender': 'female'}
print(d['name'])     # 輸出 'Alice'
d['age'] = 26
print(d)             # 輸出 {'name': 'Alice', 'age': 26, 'gender': 'female'}

二、字典的常見操作

1. 添加、刪除和修改字典元素

要添加一個鍵-值對，可以通過使用方括弧或者使用Python內置的`dict()`函數來實現。

d = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'gender': 'female'}
# 添加新的鍵-值對
d['address'] = 'Beijing'
print(d)  # 輸出 {'name': 'Alice', 'age': 25, 'gender': 'female', 'address': 'Beijing'}
# 刪除指定鍵-值對
del d['age']
print(d)  # 輸出 {'name': 'Alice', 'gender': 'female', 'address': 'Beijing'}
# 修改指定鍵的值
d['gender'] = 'male'
print(d)  # 輸出 {'name': 'Alice', 'gender': 'male', 'address': 'Beijing'}

2. 獲取字典元素

要獲取字典中的值，可以使用方括弧加鍵名，或者使用Python內置的`get()`方法。如果鍵不存在，則`get()`方法會返回None。

d = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'gender': 'female'}
# 獲取指定鍵對應的值
print(d['name'])           # 輸出 'Alice'
print(d.get('age'))        # 輸出 25
print(d.get('address'))    # 輸出 None

3. 遍歷字典

使用`for`循環遍歷字典時，默認情況下會遍歷字典的鍵。要遍歷字典的值或者鍵-值對，需要使用方法`values()`、`items()`。

d = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'gender': 'female'}
# 遍歷字典的鍵
for key in d:
    print(key)
# 遍歷字典的值
for value in d.values():
    print(value)
# 遍歷字典的鍵-值對
for key, value in d.items():
    print(key, value)

4. 判斷鍵是否在字典中

使用`in`關鍵字可以判斷一個鍵是否在字典中，另外也可以使用`not in`關鍵字來判斷一個鍵是否不在字典中。

d = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'gender': 'female'}
if 'name' in d:
    print('name exists in the dictionary')
if 'address' not in d:
    print('address does not exist in the dictionary')

三、字典的高級操作

1. 使用`defaultdict`處理鍵的缺失

`defaultdict`是Python內置的一個字典子類，它可以自動為字典中缺失的鍵設置默認值。

from collections import defaultdict

d = defaultdict(int)
d['a'] = 1
d['b'] = 2
print(d['c'])  # 輸出 0，因為'c'鍵不存在，使用int的默認值0

2. 使用`Counter`計數

`Counter`是Python內置的一個計數器工具，它可以統計一個可迭代對象中元素的出現次數，返回一個字典。

from collections import Counter

c = Counter(['red', 'blue', 'green', 'blue', 'red'])
print(c)  # 輸出 Counter({'red': 2, 'blue': 2, 'green': 1})

3. 使用`dict()`和`zip()`創建字典

`dict()`可以將雙值序列、元組異構列表、關鍵字參數等各種形式的數據轉化為字典。

keys = ['a', 'b', 'c']
vals = [1, 2, 3]
d = dict(zip(keys, vals))
print(d)  # 輸出 {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

4. 使用字典生成式

字典生成式可以根據指定的規則生成字典，可以簡化循環和條件語句的操作。

d = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(d)  # 輸出 {1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}

總結

字典是Python中非常常用的數據結構，它能夠高效地存儲和查找鍵-值對，同時支持添加、刪除、修改、遍歷等操作。除了以上介紹的基本操作之外，Python還提供了一系列內置模塊和函數，使得字典的操作更加靈活和高級化。