Python 編程B15：組合數據類型（三）

9.5 字典類型

（dict）是 Python 中最重要的數據結構之一，用于存儲“鍵—值”（key–value）對應關系。它是一種可變的映射類型，鍵必須唯一且可哈希；從 Python 3.7 起（語言規范保證），字典保留插入順序，這使得許多操作更加可預測。字典可高效實現查找、計數、配置管理等任務。

與列表不同，字典通過鍵（key）而不是索引來訪問數據。

9.5.1 字典的創建

字典可通過花括號 {} 、構造函數 、以及等多種方法創建。

empty = {}

? 鍵（key）必須是可哈希（hashable）的對象，通常是不可變類型（如字符串、數值、元組等）。注意：元組只有當其所有元素也都是可哈希時才可作為鍵。frozenset 也是可哈希的集合類型，可作為鍵。

? 值（value）可以是任意類型，甚至包含列表、字典或函數等可變對象。

9.5.2 字典的常用操作與方法

字典可實現鍵值訪問、更新、刪除、遍歷與合并等多種，還提供豐富的用于高效管理數據。

（1）訪問與修改

使用鍵名訪問對應的值，若鍵不存在，.get() 可避免拋出 KeyError。

print(student)  # {'name': '小艾', 'score': 98, 'class': 'A1'}

（2）刪除操作

Python 提供多種方式刪除字典元素（需注意這些方法的返回值與副作用）。

print(data)  # {}

說明：.pop() 可指定默認值避免 KeyError，如 data.pop("x", None)。

（3）成員判斷與長度

print(len(person))        # 字典包含的鍵值對數量

（4）遍歷

通過 .keys()、.values()、.items() 可分別遍歷鍵、值或鍵值對。

    print(f"{k} -> {v}")

說明：.items() 返回的元素是 (鍵, 值) 形式的元組，可在循環中直接拆包。

（5）合并與更新

使用 .update() 原地合并兩個字典。從 Python 3.9 起，也可用 | 運算符返回新字典。若鍵沖突，后者會覆蓋前者的值。

print(merged)    # {'lr': 0.001, 'batch': 64, 'epochs': 10, 'device': 'cuda'}

（6）安全插入：setdefault()

當鍵不存在時 .setdefault() 方法自動添加默認值，并返回該鍵對應的值（存在則直接返回現有值）。適合在分組統計中使用。

print(scores)    # {'小艾': [95, 88], '小包': [90]}

說明：相比手動判斷是否存在鍵，.setdefault() 更簡潔高效。但當默認值是可變對象時要注意共享引用問題。

（7）拷貝

字典的賦值只是復制引用，若要復制內容，可使用淺拷貝或深拷貝。

print("原字典未變：", a)   # {'x': 1, 'y': [2, 3, 4]}

說明：淺拷貝只復制外層對象，深拷貝會遞歸復制所有內部元素。

當字典中包含可變對象（如列表或嵌套字典）時，應使用 deepcopy() 以避免相互影響。

（8）排序與解包

字典本身不可直接“按序”重排，但可通過 等函數獲取排序后的視圖。

print(extended)  # {'a': 1, 'b': 2}

說明：sorted() 對字典的默認行為是對鍵排序；若按值排序可用 sorted(d.items(), key=lambda x: x[1])。

解包 {**a, **b} 常用于合并配置或參數表，后者會覆蓋前者同名鍵。

（9）統計與計數

結合 .get() 方法可以手動高效統計頻次。

# {'AI': 3, 'Python': 1, 'Code': 1}

說明：在生產環境中也可考慮使用 .Counter。

9.5.3 字典綜合示例與應用

例 9.5.1：通訊錄管理器

字典非常適合存儲“鍵值一一對應”的信息，如姓名與電話號碼的映射。

print("更新后的通訊錄：", contacts)

說明：字典在查找操作上具有極高效率，非常適合構建通訊錄、配置表、索引映射等結構。

例 9.5.2：商品庫存統計系統

通過字典可輕松管理商品與庫存數量的映射關系，并支持動態更新與匯總。

    print(f"{item}：{count} 個")

說明：該示例展示了字典在動態數據管理中的典型應用，如庫存管理、銷售記錄或資源計數。在實際開發中，這類字典常與文件或數據庫交互，用于實時同步業務數據。

9.6 組合數據的嵌套與綜合應用

嵌套與組合是數據結構的高階應用。通過合理使用列表、元組、集合與字典，可以構建復雜的數據模型，并結合函數或類實現更高層次的抽象能力。

例 9.6.1：學生成績管理系統

一個學生可以有多門課程成績，可用字典與列表嵌套表示。

    print(f"{name} 的平均成績：{average(scores):.1f}")

輸出：

鞠子舟 的平均成績：92.7

此示例結合了字典（鍵值映射）、列表（序列存儲）與函數調用（結構化計算），展示了嵌套數據在實際數據管理中的常見用法。

例 9.6.2：AI 模型參數配置表

在人工智能開發中，模型配置文件通常以嵌套字典形式存儲，便于統一管理不同模塊參數。

print("訓練輪次：", config["training"]["epochs"])  

輸出：

訓練輪次： 10

嵌套字典是一種常見的數據描述結構，可輕松轉換為 文件，用于深度學習模型配置、超參數管理或日志記錄。

例 9.6.3：模型訓練日志分析器

在機器學習實驗中，我們常使用字典與列表來記錄訓練過程中的多組指標（如損失 loss、準確率 accuracy）。

通過組合數據結構，可以輕松統計與可視化模型性能趨勢。

analyze_logs(logs)

輸出：

最高準確率：86.00%

說明：此示例結合了列表（順序存儲多輪訓練記錄） 與 字典（保存每輪的指標），展示了如何組織結構化數據以便分析。

在實際 AI 項目中，可擴展為讀取 JSON 訓練日志、繪制學習曲線或自動記錄實驗結果。

小結

本次課系統學習了 Python 的字典（dict）類型，掌握了字典的創建方法、訪問與修改技巧、常用方法，并通過綜合示例了解了字典在通訊錄管理、庫存系統、模型配置與日志分析等應用場景中的強大作用。

在下一課中，我們將學習文件操作（File I/O），了解如何將這些內存中的數據包括列表、字典等保存到外部文件（如 .txt、.csv、.json），從而實現數據的持久化存儲與跨程序共享。

“點贊有美意，贊賞是鼓勵”