Python學習 —— 內建資料型別

孤持的莊稼人發表於2023-11-14
Python資料型別

寫在前面

接上文《Python學習 —— 初步認知》，有需要請自取：Python學習 —— 初步認知

在這篇文章中，我們一起深入瞭解Python中常用的內建資料型別。Python是一種功能強大的程式語言，它提供了多種內建資料型別，用於儲存和運算元據。這些資料型別包括數字、字串、序列和對映等。熟練掌握這些資料型別的用法，可以幫助我們更高效地編寫Python程式。

內建型別概覽

Python中的常見資料型別包括數字型別（如int、float和complex）、文字型別（如str） 、序列型別（如list、tuple和range） 以及 對映型別（如dict） 。這些資料型別的主要用途是儲存和運算元據，它們具有內建的常用函式、運算子複用、明確的語義以及通用的高效功能。

在Python中，我們通常將資料從非結構化形式轉換為結構化形式。例如，我們可以使用列表和元組來儲存一系列物件，這些物件可以是數字、字串，甚至是其他列表或元組。另一方面，字典是一種用於儲存鍵值對的資料結構，它通常用於處理半結構化資料。

常用的資料型別包括數字、字串、序列、對映， 序列中列表和元祖最常用，對映中字典最常用。

列表

列表是Python中最常用的資料型別之一。它們可以包含不同型別的資料，例如數字、字串等。列表使用方括號 [] 表示，每個元素稱為列表的元素，元素之間使用逗號 , 分隔。

列表的定義

以下是定義列表的示例：

包含數字的列表：[1, 2, 3, 4, 5]
包含字串的列表：['aa', 'cc', 'dd']
包含不同型別資料的列表：[123, 'abc']
包含子列表的列表：[ [1, 'a'], [2, 'b'] ]

除了直接定義列表之外，還可以在定義之後修改列表中的元素，或者使用索引來訪問和修改一個或多個元素。此外，列表還支援許多內建函式，如新增元素、刪除元素、排序等。

建立列表

可以使用賦值運算子將一個字串轉換為列表：

colors = ["red", "blue", "green"]  
print(colors) # 將列表列印出來  
print(type(colors)) # 列印 colors 變數的型別

使用內建函式list()也可以將字串建立為列表：

list('red') # ['r', 'e', 'd']

此外，還可以使用列表推導式建立列表。例如，以下程式碼使用列表推導式建立一個包含1到10之間的整數的列表：

[ x for x in range(1, 10) ] # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

訪問列表的元素

可以透過索引訪問列表中的每一個元素。例如，以下程式碼演示瞭如何訪問列表 list1 中的第一個元素：

list1 = ['a', 'b', 'c', 'd']
list1[0] # a

可以使用負索引來訪問最後一個元素。例如，以下程式碼訪問列表 list1 中的最後一個元素：

list1[-1] # d

如果需要訪問巢狀列表中的元素，可以使用多個索引。例如，以下程式碼訪問列表 list2 中第三個元素中的第一個元素：

list2 = ['a', 'b', ['c', 'd']]
list2[2][0] # c

刪除列表的元素和刪除列表

可以使用 del 語句來刪除列表中的元素或整個列表。例如：

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
del list1[0] # 刪除第一個元素
print(list1) # [2, 3, 4, 5]
del list1 # 刪除整個列表

列表的常見操作

列表是可變的，可以進行新增、修改、刪除等操作。以下是一些常見的操作方法：

  • list.append(element)：在列表末尾新增元素。
  • list.insert(index, element)：在指定位置插入元素。
  • list.remove(element)：移除列表中第一個出現的元素。
  • list.pop(index)：移除並返回指定位置的元素。
  • list.extend(iterable)：將可迭代物件中的元素新增到列表末尾。
  • list.clear()：清空列表中的所有元素。
  • list.index(element)：返回指定元素的索引位置。
  • list.count(element)：返回指定元素在列表中出現的次數。
  • list.sort()：對列表進行排序（原地排序）。
  • list.reverse() : 反轉列表元素的順序。
  • sorted(list): 對列表進行排序並返回新的列表（不改變原列表）
  • len(list): 得到列表的長度。
  • len(list[0]): 得到列表中元素的長度。
  • list.count(element) : 得到元素出現的次數。

例如，以下程式碼演示瞭如何使用這些方法對列表進行操作：

list1 = ['hello', 1, 4, 1, 5, 9]
len(list1) # 列表的長度，得到 6
len(list1[0]) # 列表中第一個元素的長度，得到 5
list1.count(1) # 1出現的次數，得到 2
list1.append(2) # 在末尾新增元素，得到 [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]
list1.insert(2, 6) # 在位置2插入元素6，得到 [3, 1, 6, 4, 1, 5, 9, 2]
list1.remove(4) # 移除第一個出現的4，得到 [3, 1, 6, 1, 5, 9, 2]
list1.pop(2) # 移除並返回位置2的元素，得到 [3, 1, 1, 5, 9, 2]
list1.extend([2, 3]) # 將[2, 3]中的元素新增到末尾，得到 [3, 1, 1, 5, 9, 2, 2, 3]
list1.clear() # 清空列表，得到 []

元祖

元祖是一種不可變序列，與列表相似，但建立後不可修改。元祖在Python中用於表示不可變資料序列，如文字字串和二進位制資料。與列表相比，元祖的執行效率更高，因為它們不需要動態分配記憶體。

序列和元祖

基本的序列包括列表、元祖、range

  • 元祖和列表類似，但是差別是建立後不可修改
  • 二進位制資料和文字字串屬於特別定製的附加序列

序列的通用操作

運算 結果
x in s 如果 s 中的某項等於 x 則結果為 True，否則為 False
x not In s 如果 s 中的某項等於 x 則結果為 Fasle，否則為 True
s + t s 與 t 相拼接
s * n 或 n * s 相當於 s 與自身進行 n 次拼接
s[i] s 的第 i 項，起始為 0
s[i:j] s 從 i 到 j 的切片
s[i:j:k] s 從 i 到 j 步長為 k 的切片
len(s) s 的長度
min(s) s 的最小項
max(s) s 的最大項
s.index(x[, i[, j]]) x 在 s 中首次出現項的索引號（索引號在 i 或者其後且在 j 之前）
s.count(x) x 在 s 中出現的總次數

建立元祖

元祖可以使用圓括號 “()” 定義，也可以使用 tuple() 函式建立。將 range()、列表、字串轉換為元祖可以使用型別轉換函式。

例如：

# 使用圓括號定義元祖
my_tuple = (1, 2, 3)
print(my_tuple) # 輸出：(1, 2, 3)

# 使用tuple()函式建立元祖
my_tuple = tuple([1, 2, 3])
print(my_tuple) # 輸出：(1, 2, 3)

# 將列表轉換為元祖
my_list = [4, 5, 6]
my_tuple = tuple(my_list)
print(my_tuple) # 輸出：(4, 5, 6)

刪除元祖

元祖是不可變序列，因此無法使用append()、pop()、insert()等修改序列元素的函式。如果需要刪除元祖中的元素，可以使用 del 語句刪除整個元祖或指定元素。例如：

my_tuple = (1, 2, 3)
# 刪除整個元祖
del my_tuple
print(my_tuple) # 報錯：NameError: name 'my_tuple' is not defined

集合的常見操作

Python 中的集合型別包括 set 和 frozenset 兩種物件。set 物件是可變的，而 frozenset 物件是不可變的。set 物件在程式設計中比較常使用。集合的唯一性是經常使用該資料型別的主要原因。從序列中去除重複項等操作，可以透過資料型別強制轉換實現。

建立 set 物件

集合可以使用多種方式建立，包括使用花括號內以逗號分隔元素的方式、使用集合推導式和使用型別構造器。例如：

# 使用花括號定義set物件
my_set = {1, 2, 3}
print(my_set) # 輸出：{1, 2, 3}

# 使用集合推導式建立set物件
my_set = {x for x in range(10)}
print(my_set) # 輸出：{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

# 使用型別構造器建立set物件
my_set = set([1, 2, 3])
print(my_set) # 輸出：{1, 2, 3}

set 物件的常用操作

  • len(s)：返回集合 s 中的元素數量。
  • x in s：檢測 x 是否為 s 中的成員。
  • s <= other：檢測是否集合 s 中的每個元素都在 other 之中。
  • s < other：檢測集合 s 是否為 other 的真子集。
  • add(element)：將元素 element 新增到集合 s 中。
  • remove(element)：從集合 s 中移除元素 element。
  • pop()：從集合 s 中隨機移除一個元素並返回它。
  • clear()：清空集合 s 中的所有元素。

刪除 set 物件

my_set = {1, 2, 3}
# 刪除 set 物件
del my_set
print(my_set) # 報錯：NameError: name 'my_set' is not defined

字典

字典是一種可變的資料型別，用於儲存鍵值對。字典中的每個元素由一個鍵和一個值組成，鍵是唯一的，因此無法使用不可雜湊的型別（如列表或字典）作為鍵。整數1和浮點數1.0會被視為相同的鍵。

字典的定義

字典的定義可以透過花括號 {}來實現，也可以使用 dict() 函式或字典推導式。例如：

# 使用花括號定義字典
my_dict = {'one': 1, 'two': 2}
print(my_dict) # 輸出：{'one': 1, 'two': 2}

# 使用dict()函式定義字典
my_dict = dict(one=1, two=2)
print(my_dict) # 輸出：{'one': 1, 'two': 2}

# 使用字典推導式定義字典
my_dict = {x: x**2 for x in range(10)}
print(my_dict) # 輸出：{0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25, 6: 36, 7: 49, 8: 64, 9: 81}

字典常見操作

1.訪問字典的內容，例如：

mail_list = {'tom': 'tom@mail.com', 'jerry': 'jerry@mail.com'}  
print(mail_list.items())  # 輸出：dict_items([('tom', 'tom@mail.com'), ('jerry', 'jerry@mail.com')])

2.訪問字典裡指定的鍵：可以透過鍵來訪問字典中的值。例如：

mail_list = {'tom': 'tom@mail.com', 'jerry': 'jerry@mail.com'}
print(mail_list['tom'])  # 輸出：tom@mail.com

3.遍歷字典：可以透過 items() 方法來遍歷字典中的鍵值對。例如：

for key, value in mail_list.items():
    print(key, value)

4.修改字典內容：為字典新增新的鍵值對，如果字典中已經包含鍵 'tom'，則更新該鍵對應的值。例如：

mail_list['tom'] = 'new_email@mail.com'

5.刪除鍵值對：可以使用 pop() 方法刪除指定的鍵值對並返回值。例如：

removed_value = mail_list.pop('tom')

6.返回字典的項數：可以使用 len() 函式返回字典中的項數。例如：

num_items = len(mail_list)

7.判斷鍵是否在字典中：可以使用 in 關鍵字來檢查一個鍵是否存在於字典中。例如：

if 'jerry' in mail_list:
    print("Jerry's email is in the dictionary.")

8.高階用法：可以使用 setdefault() 方法插入預設值；使用 |= 運算子更新字典等。例如：

new_email_list = {'wilson': 'wilson@newmail.com'}
mail_list |= new_email_list  # 將新字典的鍵值對新增到舊字典中，如果鍵已存在則更新對應的值。注意，此操作需要Python 3.9及以上版本支援。

9.字典與其他資料型別的混合使用：可以輕鬆地將列表、元組、字串等資料型別轉換為字典，反之亦然。此外，還可以利用 zip() 函式合併兩個列表為字典。例如：

name_list = ['name1', 'name2', 'name3']
email_list = ['1111', '2222', '3333']

merged_dict = dict(zip(name_list, email_list))  # 將兩個列表合併為一個字典，鍵為name_list中的元素，值為email_list中的元素。

merged_dict2 = { name_list[i]: email_list[i] for i in range(len(name_list)) } # 使用推導式亦可實現合併功能

刪除字典

my_dict = { a: 1, b: 2, c: 3 }
# 刪除 字典
del my_dic
print(my_dic) # 報錯：NameError: name 'my_dic' is not defined

總結

本文介紹了Python的幾種內建資料型別，包括列表、元祖、集合和字典，並詳細介紹了它們的常見操作。

對於列表（list），我們可以透過索引訪問列表中的元素，可以使用切片操作獲取列表的一部分，可以進行追加、插入和刪除操作，還可以使用迴圈遍歷列表中的所有元素。列表還支援一些常用的方法，如append()、insert()、remove()等。

元組（tuple） 是一個不可變的資料型別，與列表類似，但元組的元素不能被修改。元組通常用於儲存一組不會改變的資料。元組可以使用索引和切片操作，也可以進行比較和排序操作。

集合（set） 是一個無序且不重複的資料集合，可以進行新增、刪除、交集、並集等操作。集合中的元素必須是可雜湊的。

字典（dictionary） 是一個可變的資料型別，用於儲存鍵值對。字典中的鍵必須是唯一的，值可以是任何型別的資料。可以透過鍵來訪問字典中的值，也可以使用字典推導式來建立新的字典。字典還支援一些常用的方法，如get()、setdefault()等。

這些內建資料型別在Python中非常常用，掌握它們的操作方法可以更好地處理資料和實現程式功能。

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