1. 引言

Python 中的字典（Dictionary）與集合（Set）都是重要的資料結構。字典是鍵值對的集合，允許我們使用唯一的鍵來快速查找值；集合則是無序的、不允許重複的元素集合。今天的學習目標是掌握字典的基本操作，了解集合的應用場景，並通過練習題鞏固這些知識。

2. 字典 (Dictionary)

字典是一個可變的容器，允許我們通過鍵（Key）來存取對應的值（Value）。字典中的鍵必須是唯一的，並且是不可變的數據類型（如整數、字串或元組）。

2.1 字典的基本操作

• 建立字典：使用大括號 {} 或 dict() 函數來建立字典，鍵值對通過冒號 : 進行分隔。

person = {
    "姓名": "o",
    "年齡": 20,
    "職業": "學生"
}

• 存取元素：通過鍵來存取對應的值，若鍵不存在會引發 KeyError 錯誤。

print(person["姓名"])  # 輸出: o

• 新增或修改元素：可以通過指定鍵來新增或更新字典中的值。

person["城市"] = "台北"
print(person)  # 輸出: {'姓名': 'o', '年齡': 20, '職業': '學生', '城市': '台北'}

• 刪除元素：使用 del 或 pop() 方法可以刪除字典中的指定鍵值對。

del person["年齡"]
print(person)  # 輸出: {'姓名': 'o', '職業': '學生', '城市': '台北'}

• 檢查鍵是否存在：可以使用 in 關鍵字來檢查某個鍵是否存在於字典中。

if "職業" in person:
    print("職業存在於字典中")

• 迭代字典：可以迭代鍵、值或鍵值對。

for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

2.2 字典的應用場景

• 快速查找數據：字典能夠在常數時間內快速查找數據，非常適合用於數據映射與索引。
• 配置參數：在程式設計中，字典經常用來儲存配置參數或設定。
• 計數：可以使用字典來統計不同類別的次數。

3. 集合 (Set)

集合是一個無序的、不重複的元素集合，通常用來執行數學運算（如聯集、交集、差集）。集合中的元素必須是不可變的（例如整數、字串或元組）。

3.1 集合的基本操作

• 建立集合：可以使用大括號 {} 或 set() 函數來建立集合。

fruits = {"蘋果", "香蕉", "橘子"}

• 新增元素：使用 add() 方法來向集合中新增元素。

fruits.add("葡萄")
print(fruits)  # 輸出: {'蘋果', '香蕉', '橘子', '葡萄'}

• 刪除元素：使用 remove() 方法來刪除集合中的指定元素，若元素不存在則會引發錯誤。

fruits.remove("香蕉")
print(fruits)  # 輸出: {'蘋果', '橘子', '葡萄'}

• 集合運算：

  • 聯集：使用 union() 或 | 運算符來取得兩個集合的聯集。

  set1 = {1, 2, 3}
  set2 = {3, 4, 5}
  union_set = set1 | set2
  print(union_set)  # 輸出: {1, 2, 3, 4, 5}
  

  • 交集：使用 intersection() 或 & 來取得兩個集合的交集。

  intersection_set = set1 & set2
  print(intersection_set)  # 輸出: {3}
  

  • 差集：使用 difference() 或 - 來取得一個集合相對於另一個集合的差集。

  difference_set = set1 - set2
  print(difference_set)  # 輸出: {1, 2}
  

3.2 集合的應用場景

• 去重處理：集合的特性使其非常適合用來移除重複元素。
• 集合運算：集合能夠高效地處理聯集、交集等運算，適合應用於數學集合操作。
• 快速查詢：與字典類似，集合具有常數時間的查詢速度，非常適合用來檢查某元素是否存在於集合中。

4. 練習題目與解題過程

題目 1: 計算字母出現的次數

題目描述：輸入一段文字，統計每個字母出現的次數，並輸出結果。
解題思路：

• 使用字典來存儲每個字母的出現次數，並逐字母進行統計。

範例程式碼：

text = "hello world"
count_dict = {}

for char in text:
    if char.isalpha():  # 只統計字母
        count_dict[char] = count_dict.get(char, 0) + 1

print(count_dict)  # 輸出: {'h': 1, 'e': 1, 'l': 3, 'o': 2, 'w': 1, 'r': 1, 'd': 1}

題目 2: 集合中的聯集與交集運算

題目描述：輸入兩個集合，計算它們的聯集與交集。
解題思路：

• 使用 union() 和 intersection() 方法來計算兩個集合的聯集和交集。

範例程式碼：

set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {3, 4, 5, 6}

union_set = set1.union(set2)
intersection_set = set1.intersection(set2)

print(f"聯集: {union_set}")  # 輸出: 聯集: {1, 2, 3, 4, 5, 6}
print(f"交集: {intersection_set}")  # 輸出: 交集: {3, 4}

題目 3: 去除列表中的重複元素

題目描述：給定一個包含重複元素的列表，請使用集合來去除重複項。
解題思路：

• 使用集合自動去重的特性，將列表轉換為集合後再轉回列表。

範例程式碼：

numbers = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique_numbers = list(set(numbers))
print(unique_numbers)  # 輸出: [1, 2, 3, 4, 5]

5. 結論

字典與集合是 Python 中兩個非常高效且常用的資料結構。字典的鍵值對操作提供了快速查詢與儲存數據的能力，而集合則提供了強大的數學集合運算與去重功能。在這次學習中，我們不僅掌握了它們的基本操作，還透過練習題加深了對字典和集合的應用理解。