字典（Dictionaries）

在 Python 中，字典（dictionary）是一種以鍵值對（key-value pairs）形式存儲數據的資料結構。每個鍵（key）都唯一地對應一個值（value），這使得字典非常適合快速查找數據。與列表不同，字典是無序的（在 Python 3.7 之後，字典是有序的，但無法依靠索引來訪問元素）。字典中的鍵必須是不可變的數據類型，例如字串、數字或元組，而值可以是任意類型。

1. 字典的定義與創建

字典可以使用花括號 {} 或 dict() 函數來創建。每個鍵和值之間用冒號 : 分隔，不同的鍵值對用逗號 , 分隔。

範例：

# 使用花括號創建字典
student = {
    "name": "Alice",
    "age": 25,
    "major": "Computer Science"
}

# 使用 dict() 創建字典
student2 = dict(name="Bob", age=22, major="Mathematics")

在這裡，student 字典包含了學生的姓名、年齡和主修學科。

2. 訪問字典中的元素

可以通過鍵來訪問字典中的值，語法為 dictionary[key]。如果鍵不存在，將會引發 KeyError。

範例：

print(student["name"])  # 輸出：Alice
print(student["age"])   # 輸出：25

若不確定鍵是否存在，建議使用 get() 方法，該方法在鍵不存在時返回 None 或一個指定的默認值。

範例：

print(student.get("major"))      # 輸出：Computer Science
print(student.get("grade", "N/A"))  # 輸出：N/A，因為 "grade" 鍵不存在

3. 修改字典中的元素

字典是可變的，因此可以修改現有的值或添加新的鍵值對。

修改值：

student["age"] = 26
print(student)  # 輸出：{'name': 'Alice', 'age': 26, 'major': 'Computer Science'}

添加新的鍵值對：

student["grade"] = "A"
print(student)  # 輸出：{'name': 'Alice', 'age': 26, 'major': 'Computer Science', 'grade': 'A'}

4. 刪除字典中的元素

可以使用 del 語句或 pop() 方法來刪除字典中的鍵值對。

使用 del 刪除鍵值對：

del student["major"]
print(student)  # 輸出：{'name': 'Alice', 'age': 26, 'grade': 'A'}

使用 pop() 方法刪除鍵值對：

pop() 方法會刪除並返回被刪除的值。

age = student.pop("age")
print(age)      # 輸出：26
print(student)  # 輸出：{'name': 'Alice', 'grade': 'A'}

5. 字典的迭代

可以使用 for 迴圈來遍歷字典中的鍵或值。keys() 方法返回所有的鍵，values() 返回所有的值，而 items() 則返回鍵值對的元組列表。

遍歷鍵：

for key in student:
    print(key)  # 輸出：name, grade

遍歷值：

for value in student.values():
    print(value)  # 輸出：Alice, A

遍歷鍵值對：

for key, value in student.items():
    print(key, ":", value)

輸出結果：

name : Alice
grade : A

6. 字典的常用方法

字典具有多種內建方法，這些方法可以用來操作字典。

• keys()：返回字典中的所有鍵。
• values()：返回字典中的所有值。
• items()：返回字典中的所有鍵值對（元組形式）。
• update()：用來更新字典中的內容，可以將另一個字典的鍵值對合併到當前字典中。
• clear()：清空字典中的所有元素。

範例：

student.update({"major": "Data Science", "age": 27})
print(student)  # 輸出：{'name': 'Alice', 'grade': 'A', 'major': 'Data Science', 'age': 27}

student.clear()
print(student)  # 輸出：{}

7. 字典生成器

就像列表生成器一樣，我們也可以使用字典生成器來快速創建字典。生成器語法可以根據需求動態創建字典。

範例：創建平方數字典

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

這段代碼使用字典生成器創建了一個包含 1 到 5 的數字及其平方值的字典。

8. 字典的應用

字典廣泛應用於需要快速查找資料的情況，例如處理用戶資料、統計數據等。它還非常適合存儲結構化數據，如 JSON 資料格式。

範例：統計字串中每個字符出現的次數

text = "hello world"
char_count = {}

for char in text:
    if char in char_count:
        char_count[char] += 1
    else:
        char_count[char] = 1

print(char_count)

輸出結果：

{'h': 1, 'e': 1, 'l': 3, 'o': 2, ' ': 1, 'w': 1, 'r': 1, 'd': 1}

這段程式碼統計了字串中每個字符出現的次數，並將結果存儲在字典中。

9. 總結

字典是 Python 中一種強大且靈活的資料結構，適合存儲鍵值對形式的數據。通過字典，我們可以高效地查找、更新或刪除數據。此外，字典的內建方法提供了多種操作和處理數據的方式。理解並掌握字典的使用，能夠幫助我們在程式設計中處理更複雜的數據結構和應用場景。

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