第 05 天：Python：資料結構與基本操作（二）

「你有幫我問候她嗎？」
「當然。」
最好是有，那個混蛋。
「那她怎麼說呢？」我問：「她依然堅持玩東南西北的時候從東出發嗎？」
「沒啦，我才沒問她。你以為我們整晚耗在那是要做什麼？玩東南西北？」

～節錄自《賴田捕手》第六章

今天繼續來介紹 Python 提供的兩種常用物件。

字典(dict)及其基本操作

　　Python 提供的另一個有趣的物件是字典(dict)類型的物件。這種物件，是由鑰匙(key):內容(value)這樣一組一組的對應關係所組成。在一個字典物件中，鑰匙是獨一無二的，其所對應的內容，可以是任何類型的物件，可以是布林物件(boolean)、整數(integer)、浮點數(float)、字串(string)、清單(list)、不可變更清單(tuple)、甚至是現在介紹的字典(dict)。
　　不知道大家小時候有沒有玩過一種叫做「東南西北」➀ 的摺紙遊戲？遊戲的玩法很簡單，首先摺出一個像鉗嘴一樣分成四瓣的小玩意，如圖一。接著分別在每一瓣上分別寫上一個方位，習慣上是「東－南－西－北」順時針寫上去。這時候遊戲的玩家就會先喊出一個起始的方位跟移動的步數，決定好以後，就拿起東南西北這個小玩意，從起始的方位開始，讓鉗嘴一開一合，同時唸著「東、南、西、北、東、南、西、北…」，看看最後會移動到哪個方位，同時按著寫在鉗嘴裡，代表該方位的指令做動作。有的時候可能是「連續波比跳十下」或是「原地後空翻一圈」，不過有的時候也有可能會是「寫出費馬最後定理的證明」。

圖一、東南西北示意圖 ➀

　　信不信由你，草泥馬們喜愛這個遊戲簡直到了癡狂的地步。當你面對一群暴躁不安，即將失控的草泥馬團體，切莫驚慌失措，也不須拔腿就跑，只要花個一分鐘從口袋掏出一張色紙，細細的摺好一個東南西北，把它拿到草泥馬面前晃一晃，然後平心靜氣地告訴牠們，如果再鬧，就不要想玩東南西北。牠們就會馬上乖乖站好，安靜下來聽你說話了。
　　現在我們就來用 Python 裡提供的字典物件，來創造一個東南西北。
　　要怎麼創造字典物件呢？很簡單，只要把鑰匙:內容組合放進{}當中就行，不同的鑰匙:內容組合之間，用,互相隔開。而要放入多少組鑰匙:內容組合，就看你的需求。

In [1]: ESWN_dict = {'東':  '前滾翻', '南': '後滾翻', '西': '前空翻', '北': '後空翻'}
        type(ESWN_dict)

Out[1]: dict

　　這樣我們就做出第一個字典物件了。在這邊，我們選用字串來當作字典物件的鑰匙。事實上，還可以選用包括布林物件(boolean)、整數物件(integer)、浮點數物件(float)、字串物件(string)、不可變更清單(tuple)等等的當作字典的鑰匙，只要他們在字典中是獨一無二就行。一個字典物件中，不會有兩個相同的鑰匙。對於內容的規定，則相當簡單：任何你想到的物件，都可以當作字典的內容。不同的鑰匙要選用相同的內容，Python 也不會反對。

In [2]: temp_dict = {'亂':  [1, 2, 3], 
                     7: (4, 5, 6), 
                     8: 8, 
                     '糟': 'bad', 
                     'no': '重複的', 
                     ('字典'): '重複的'}
        temp_dict

Out[2]: {'亂': [1, 2, 3], 7: (4, 5, 6), 8: 8, '糟': 'bad', 'no': '重複的', '字典': '重複的'}

　　另外，也可以用dict()，從一些看起來像字典的物件中，創造出字典物件。什麼叫「看起來像字典的物件」呢？不囉嗦，看程式碼：

In [3]: dict([[1, 2], 
              [3, 4], 
              [5, 6]])

Out[3]: {1: 2, 3: 4, 5: 6}

　　甚至還可以：

In [4]:dict(['a1', 
              'b2',
              'c3', 
              'd4'])

Out[4]: {'a': '1', 'b': '2', 'c': '3', 'd': '4'}

　　有了東南西北，遊戲就可以開始了。草泥馬說：「南，十步」。我開始算：「西北東南西北東南西北」，原來是北，走到「北」要做什麼呢？讓我們建立的字典來說說：

In [5]: ESWN_dict['北']

Out[5]: '後空翻'

　　跟清單不同，字典物件中的項目，沒有位置這種概念，因此不能用ESWN_dict[2]這樣的方法來操作字典。相反的，字典有鑰匙，我們要選擇字典中的項目，就要用我們給的鑰匙。我們可以用keys()、values()、items()，分別查看字典中的鑰匙、內容、跟鑰匙:內容組合。

In [6]: print('keys\t:', ESWN_dict.keys())
        print('values\t:', ESWN_dict.values())
        print('items\t:', ESWN_dict.items())

        keys	: dict_keys(['東', '南', '西', '北'])
        values	: dict_values(['前滾翻', '後滾翻', '前空翻', '後空翻'])
        items	: dict_items([('東', '前滾翻'), ('南', '後滾翻'), ('西', '前空翻'), ('北', '後空翻')])

　　注意到，我們使用了keys()等等的指令，Python 回傳給了我們一個可以數(ˇ)數(ˋ)的清單，但又有點不像清單？事實上，這個確實不是清單，你喜歡的話，可以叫它字典清單？清單能夠做到的事，字典清單多半做不到。

In [7]: ESWN_dict.keys()[0]

        ---------------------------------------------------------------------------
        TypeError                                 Traceback (most recent call last)
        <ipython-input-19-17f4e9361812> in <module>
        ----> 1 ESWN_dict.keys()[0]

        TypeError: 'dict_keys' object is not subscriptable 

　　就更別提append()等等的指令了。
　　字典清單少數能做的事，就是提供訊息，以及可以數(ˇ)數(ˋ)(iterable)這個特性。

In [8]: iter(ESWN_dict.keys())

Out[8]: <dict_keyiterator at 0x27bc7b9eae8>

　　可以數(ˇ)數(ˋ)有什麼好說嘴的呢？我們等等再告訴你。
　　第一隻草泥馬拿到指令之後，就開心地去表演牠的後空翻了。第二隻草泥馬上來：「西，87」。原來是西87呀，調皮的草泥馬。以為我數不了87步是吧？告訴你吧，我確實是不太想數。怎麼辦呢？既然我們開始學 Python 了，就請 Python 來幫我們數吧！

In [9]: start = '西'
        steps = 87
        offset = steps % len(ESWN_dict.keys())
        ESWN_list = list(ESWN_dict.keys())
        final = ESWN_list[(ESWN_list.index(start)+offset) % len(ESWN_dict.keys())]
        ESWN_dict[final]

Out[9]: '後滾翻'

　　如果我沒有搞錯的話，上面全都是我們學過的東西。一時之間看不懂沒關係，要看懂別人胡亂寫的程式碼本來就需要花點工夫。我一行一行慢慢解釋：

• 第一行： start = '西'
  　　我用start來標示開始的位置。
• 第二行： steps = 87
  　　我用step來標示我們要走的步數。
• 第三行： offset = steps % len(ESWN_dict.keys())
  　　草泥馬要我笨笨的數 87 步，我就數給牠看嗎？當然不是。玩這個遊戲，因為是「東南西北東南西北…」這樣一直往下數的，每走 4 步就又重新開始一個循環，所以走 4 步就跟走 8 步相同，也跟走 12 步相同，也跟走 16 步相同，也跟走 20 步相同，還要我繼續下去嗎？I can do this all day, if you want to know the truth.
  　　要怎麼告訴程式碼「東南西北」的這個遊戲特色呢？這邊我用餘數這個運算方式。因為 4 步一循環(O)，4 除以 4 的餘數，跟 8 除以 4 的餘數，跟 12 除以 4 的餘數，通通都相同。這邊我刻意用len(ESWN_dict.keys())讓 Python 自己找出究竟是幾步一個循環。Python 可聰明的呢！(當然，聰明的你，想改成用 len(ESWN_dict.values())或是len(ESWN_dict.items())，甚至是len(ESWN_dict)都可以！)
  　　因此我知道，走 87 步最後到達的位置，其實就跟走 3 步一樣的。想叫我走 87 步？想得美啊草泥馬。
• 第四行： ESWN_list = list(ESWN_dict.keys())
  　　因為我等等會用到['東', '南', '西', '北']這樣的清單，而字典清單又不是真正的清單，所以我先用list()把字典清單變成真正的清單。
• 第五行： final = ESWN_list[(ESWN_list.index(start)+offset) % len(ESWN_dict.keys())]
  　　經過 Python 的努力，我們現在知道「西，87」，其實就跟從西開始走 3 步是相同意思。往西走 3 步，是要走到哪裡呢？因為ESWN_list[0]是'東'，ESWN_list[1]是'南'，ESWN_list[2]是'西'，ESWN_list[3]是'北'，要跟 Python 溝通，就要懂 Python 的心。所以我用index()先去尋找'西'是在清單中的哪個位置。接著從這個位置往後走 3 步。要小心，往後走 3 步之後，很可能會走到下一個循環，因此我再用%的運算找一次餘數。當然，聰明的你，看到這裡或許會發現，哈哈，第二行根本就是多餘的嘛，其實可以把第二行刪掉，而這一行改成：
  final = ESWN_list[(ESWN_list.index(start)+stpes) % len(ESWN_dict.keys())]
  　　不是更簡單？沒錯，就是這麼簡單。
• 第六行：ESWN_dict[final]
  　　透過上一行的操作，我們知道「西，87」最後走到了南。接下來就簡單啦，去字典查查看南要做什麼動作？好好給我來個後空翻吧草泥馬。

　　下面我要偷渡一個新的物件，叫做函數(function)。想想看，我們辛辛苦苦打了 6 行程式碼(被大家抓包之後剩 5 行)，跑了一次之後就結束了，太可惜了吧？不是我在說嘴，接下來可還有 9527 隻草泥馬要等著玩東南西北呢！

In [10]: def ESWN_function(start, steps):
             ESWN_list = list(ESWN_dict.keys())
             final = ESWN_list[(ESWN_list.index(start)+steps) % len(ESWN_dict.keys())]
             return ESWN_dict[final]
         type(ESWN_function)

Out[10]: function

　　上面那幾行程式碼在說什麼呢？首先，我用def定義了一個名稱為ESWN_function的函數，start跟steps是這個函數要接受的參數。把參數丟進函數裡，經過一些操作，最後函數會回傳(return)給我們一個物件。上面那個例子裡，則是ESWN_dict[final]。
　　怎麼運用這個物件呢？也不困難：

In [11]: ESWN_function('西', 87)

Out[11]: '後滾翻'

　　函數就先講到這裡，之後我還會再花一點篇幅來討論它。繼續回頭看我們的字典物件。
　　既然都已經有'東'、'南'、'西'、'北'了，怎麼可以沒有'中'呢？來試著在現有的字典裡加入新的鑰匙:內容組合吧。最簡單的方式就是直述句，有話直說：

In [12]: ESWN_dict['中'] = '神通'

　　這樣 Python 會接受嗎？

In [13]: ESWN_dict

Out[13]: {'東': '前滾翻', '南': '後滾翻', '西': '前空翻', '北': '後空翻', '中': '神通'}

　　咦！它接受耶！
　　有'東'、'南'、'西'、'北'了，那怎麼可以沒有'東南'、'西南'、'東北'、'西北'呢？

In [14]: more_direction = {'東南':'啊？', '西南':'什麼？', '東北':'什麼啊？', '西北':'什麼啊啊啊？'}
         ESWN_dict.update(more_direction)
         ESWN_dict

Out[14]: {'東': '前滾翻',
          '南': '後滾翻',
          '西': '前空翻',
          '北': '後空翻',
          '中': '神通',
          '東南': '啊？',
          '西南': '什麼？',
          '東北': '什麼啊？',
          '西北': '什麼啊啊啊？'}

　　我們可以用update()，將more_direction這個字典物件中的鑰匙:內容組合加入到ESWN_dict這個字典物件裡面。但是等等，東南西北這個遊戲裡面，根本就沒有這些東西啊。

In [15]: del ESWN_dict['中']
         del ESWN_dict['東南']
         del ESWN_dict['西南']
         del ESWN_dict['東北']
         del ESWN_dict['西北']
         ESWN_dict

Out[15]: {'東': '前滾翻', '南': '後滾翻', '西': '前空翻', '北': '後空翻'}

　　做蠢事了我。

集合(set)及其基本操作

　　Python 另外提供了一種有趣的物件，叫做集合。集合跟清單有一點像，不過集合中的項目是獨一無二的，不會重複。因此，也有人會把集合看作「沒有內容只有鑰匙的字典」。怎麼說呢？我們先試著比較用list()跟set()創造清單物件跟集合物件看看：

In [16]: temp_str = 'OOOOOOOOPS!!!!'
         print('List\t:', list(temp_str))
         print('Set\t:', set(temp_str))

         List	: ['O', 'O', 'O', 'O', 'O', 'O', 'O', 'O', 'P', 'S', '!', '!', '!', '!']
         Set	: {'O', 'S', 'P', '!'}

　　集合裡的項目是獨一無二的。因此集合更像是字典，而我們也可以用{}類似創造字典的方式來創造集合：

In [17]: temp_set = {'O', 'O', 'P', 'S', '!', '!'}
         temp_set

Out[17]: {'!', 'O', 'P', 'S'}

　　集合就像是沒有內容的字典。所以同樣的，集合裡面沒有位置的概念，我們也沒辦法透過位置來呼叫集合裡的項目。事實上，我們需要呼叫集合裡的項目嗎？我們只需要知道某個項目是否在集合當中就夠用了。

In [18]: 'O' in temp_set

Out[18]: True

　　當你和草泥馬玩東南西北玩得夠久的時候，你就會看出來，其實草泥馬們各有所長。有些草泥馬擅長前滾翻，有些草泥馬能翻出漂亮的後滾翻，而有些草泥馬在前空翻這個領域可以說是才華洋溢。我試著用集合來記錄在前空翻跟後空翻這兩個領域表現特別突出，可謂出神入化的幾隻草泥馬。

In [19]: 前空翻大師 = {'法蘭克', '藍能', '吉姆', '約翰'}
         後空翻大師 = {'威廉', '吉姆', '彼得', '大衛', '藍能'}

　　看得出來總共有幾隻草泥馬能表演出精湛的前空翻嗎？

In [20]: len(前空翻大師)

Out[20]: 4

　　太簡單了。難一點的：看得出來有幾隻草泥馬同時擅長前空翻跟後空翻嗎？

In [21]: 前空翻大師 & 後空翻大師

Out[21]: {'吉姆', '藍能'}

　　那麼，擅長前空翻卻不是那麼擅長後空翻的呢？

In [22]: 前空翻大師 - 後空翻大師

Out[22]: {'法蘭克', '約翰'}

　　只擅長其中一種空翻的草泥馬？

In [23]: 前空翻大師 ^ 後空翻大師

Out[23]: {'大衛', '威廉', '彼得', '法蘭克', '約翰'}

　　在空翻領域，不論前空翻或後空翻，達到大師級別的草泥馬有誰呢？

In [24]: 前空翻大師 | 後空翻大師

Out[24]: {'吉姆', '大衛', '威廉', '彼得', '法蘭克', '約翰', '藍能'}

　　啊，等等，我忘了'藍道'。那隻不服輸的草泥馬，每天鍛鍊自己，終於在前一陣子把後空翻練的臻於化境了。為了回應牠的努力，我也得'藍道'加入後空翻大師的名單裡才行呢！

In [25]: 後空翻大師 |= {'藍道'}
         後空翻大師

Out[25]: {'吉姆', '大衛', '威廉', '彼得', '藍能', '藍道'}

　　如果你想知道的話，事實上，用在集合的這幾個運算子&、|、-、^有另外的表示方法，我把它們整理在表一。
表一、集合(set)的運算子或運算方法 ➂

　　謝謝大家今天又來看我胡言亂語。我把今天用到的程式碼範例都放在 Github 上了(Github 或 nbviewer)，有興趣的或覺得我講得不夠清楚的，可以把程式碼下載下來玩玩！或是參考網路上強者大大提供的 Introducing Python 讀書筆記。➃

##參考資料
➀ 東南西北 wiki
➁ 費馬最後定理 wiki
➂ 集合 wiki
➃ Introducing Python 讀書筆記第三章

註：對於此系列文有興趣的讀者，歡迎參考由此系列文擴編成書的 LINE Bot by Python，以及最新的系列文《賴田捕手：追加篇》
第 31 天 初始化 LINE BOT on Heroku
第 32 天 快速回覆 QuickReply 介紹
第 33 天 妥善運用 Heroku APP 暫存空間
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