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9. 資料結構
9. 資料結構
• 學習目標
– 認識 hashable、iterable、
orderable
– 對物件進行排序
– 認識群集架構
– 運用 collections 模組
– 運用 collections.abc
模組
2
hashable 協定
• 試圖在 set 中置放這些型態的實例,就會
引發 TypeError:
3
• 一個物件能被稱為 hashable,它必須有個
hash 值
• 這個值在整個執行時期都不會變化, 而且
必須可以進行相等比較
• 具體來說, 一個物件能被稱為 hashable,
必須實作 __hash__() 與 __eq__() 方法
4
• set 會對加入之物件,呼叫其 __hash__()
方法取得 hash 值
• 看它是否與目前 set 中既有物件的 hash
值都不相同
– 如果相同就會直接排除而不加入
– 若都不相同,則進一步使用 __eq__() 比較
相等性,以確定是否要加入 set 之中
5
• 對於 Python 內建型態來說,只要是建立後
– 狀態就無法變動(Immutable)的型態,它的
實例都是 hashable
– 可變動(Muttable)的型態之實例,都是
unhashable
6
• 一個自定義的類別建立的實例,預設也是
hashable 的
– 其 __hash__() 實作,基本上是根據 id() 計
算而來
– 而 __eq__() 實作,預設是使用 is 來比較
– 因此,兩個分別建立的實例,hash 值必然不相
同,而且相等性比較一定不成立
7
• 什麼樣的狀態會被認定為重複,還是要自
行定義 __hash__() 與 __eq__():
8
9
• hashable 物件,建議狀態是不可變動
• 兩個物件若是相等性比較成立,那麼也必
須有相同的 hash 值
• 然而 hash 值相同,兩個物件的相等性比較
不一定是成立的
10
使用dataclass
• Point類別單純地用來封裝一些簡單的欄
位, 這樣的類別稱為資料類別(Data class)
• 3.7新增dataclasses.dataclass
11
12
• 在使用@dataclass標註時,指定
frozen=True
13
• 也可以設定init、repr、eq、order等
參數,表明要不要產生對應的協定方法
• unsafe_hash預設是False,若被設為
True,就一定會加入__hash__()
• 被標註的類別也可以指定欄位預設值
14
• 預設值不能是可變動的實例,例如list,
這會引發錯誤:
15
• 可以使用field指定default_factory
• 想臨時建立Point這樣的類別,也可以使
用dataclasses的make_dataclass()
16
• 如果要標註型態、預設值或不可變動的話
• asdict()用來將@dataclass標註的類別
之實例,轉換為dict
17
iterable 協定
• 具有 __iter__() 方法的物件,就是一個
iterable 物件
• 傳回的迭代器具有 __next__() 方法,可
以逐一迭代出物件中,的資訊,若無法進
一步迭代,會引發 StopIteration
• 迭代器也會具有 __iter__() 方法,傳回
迭代器自身,因此,每個迭代器本身也是
個 iterable 物件
18
19
• 對於狀態比較複雜的物件來說,有時產生
器不見得適合時,就會親自實作
__iter__()等方法來建立迭代器
20
21
• 同樣的需求,也可以使用產生器來實作
22
• 標準程式庫有許多情況下,都接受iterable
物件,在內部自動呼叫 __iter__()
• 若 lt 是[1, 2, 3, 4, 5]:
–set(lt) 會建立 {1, 2, 3}
–tuple(lt) 會建立 (1, 2, 3, 4, 5)
23
• 標準程式庫中提供了 itertools 模組,當
中許多函式,可協助建立迭代器或產生器
24
• accumulate() 可在迭代的過程中進行累
加或指定的運算:
• chain() 或 chain.from_iterable()
可將指定的序列攤平逐一迭代:
25
• dropwhile()、takewhile()、
filterfalse()
26
• 有時候會需要依某個鍵來進行分類
27
• 使用 itertools 的 groupby() 函式可以
省事許多:
28
orderable 協定
• 如果打算對一個 list 進行排序,可以直接
呼叫它的 sort() 方法,這會在既有的
list 上進行排序:
29
• 也可以使用 key 參數,指定要使用哪個值
進行排序:
30
• list 才有 sort() 方法
• 對於其他 iterable 物件,若想進行排序的
話,可以使用 sorted() 函式,可指定的
參數同樣也有 reverse 與 key 參數
• 此函式不會變動原有的函式,排序的結果
會以新的 list 傳回
31
• 如果是自訂的類別實例,它們怎麼會知道
該怎麼排序呢?
32
• 如果希望自訂型態在 sorted() 或者是使
用 list 的 sort() 時,可以有預設的排
序定義,必須實作 __lt__() 方法:
33
34
• 可以指定 operator 模組的 itemgetter,、
attrgetter,前者可以針對具有索引的
結構,後者可以針對物件的屬性:
35
36
認識群集架構
• 群集分為三種類型:
– 循序類型(Sequences type)
– 集合類型(Set type)
– 映射類型(Mapping type)
37
• 循序類型都是有序、具備索引的資料結構,
循序類型都是 iterable 物件
38
• tuple、str 與 bytes 是不可變動的循序
類型,具有預設的 hash()實作
• 可變動循序結構,還會有以下的操作行為:
39
• 集合類型是無序,而且元素必須都是
hashable 物件而且不會重複,它們是
iterable 物件
• 可以使用 x in set、x not in set、
len(set),以及交集、聯集、差集與對稱
差集等操作
• set 本身是可變動的,如果想要不可變動
的集合類型,可以使用 frozenset() 來
建立
40
• 映射類型可以將 hashable 物件映射至一個
任意值
• Python 中的內建型態就是 dict
41
• 如果想實作先進後出的堆疊結構,可以使
用 list,運用 append() 與 pop() 方法
42
• 對於佇列或雙向佇列來說,使用 list 的效
率並不好
• 建議使用 collections 模組中提供的
deque 類別
43
• 有個 rotate()方法,可實作出環狀佇列
44
• 有個簡單類別,以便建立的實例能擁有欄
位名稱,可以使用 collections 模組的
namedtuple() 函式
45
46
• namedtuple()傳回的類別,建構出的實
例不可變動
• 本質上還是tuple,只是被額外賦予名稱
• 不要濫用namedtuple()
47
• 如果來源是個 iterable 物件, 除了
Point(*iterable) 的方式之外,還可
以使用 Point._make(iterable) 建立
Point 實例
48
49
• 要指定欄位型態,typing.NamedTuple
提供了這個功能
• 另一方式是透過繼承NamedTuple來定義
50
• 若想以一定的順序來走訪 dict 中鍵值
51
• 如果想要在建立 dict 時保有最初鍵值加入
的順序,可以使用 collections 模組的
OrderedDict
52
• 依鍵排序或依值排序的常見需求:
53
54
• 用 collections 的 defaultdict 類別
• defaultdict 接受一個函式,它建立的實
例在當指定的鍵不存在時,就會使用指定
的函式來產生,並直接設定為鍵的對應值 55
• 使用 defaultdict 來設計一個計數器
56
• collections 模組中就個 Counter 類別
57
• 可以指定一個 dict 給 Counter,它會依
dict 中值的指定,建立對應數量的鍵
58
• 有多個 dict 物件,想要將它們合併在一起
59
• 可以使用 collections 的 ChainMap 來
達到相同的目的
60
• 如果透過 ChainMap 指定更新某對鍵值,
會在底層中第一個找到鍵的 dict 中更新對
應的值
• 若底層全部的 dict 都找不到對應的鍵時,
就會直接在第一個 dict 新增鍵值
61
• ChainMap 底層維護的 list,可以透過
maps 屬性來取得
62
• new_child() 方法可以指定dict,這會
建立一個新的 ChainMap,當中來源
ChainMap 中的 dict 並包含指定的
dict
• 如果想建立新 ChainMap,不包含來源
ChainMap 的第一個 dict,可以使用
parents 屬性
63
• 想要實現 [] 取值,可以實作
__getitem__()
• 想要實現 [] 設值, 可以實作
__setitem__()
• 若想透過del 與 [] 來刪除, 可以實作
__delitem__()
64
65
66
• collections.abc 模組中提供了許多實
作群集時的基礎類別
• 開發者繼承這些類別,可以避免遺忘了必
須實作的方法,也可以有一些基本的共用
實作
67
• 方才自行實作的 ChainMap,可以改繼承
MutableMapping,以更符合 dict 的物
件協定:
68
69
70
• Mapping 並不是 dict 的子類別,只是擁
有 dict 的行為
• Sequence 也不是 list 的子類別,只是
擁有 list 的行為
• Set 也不是 set 的子類別,只是擁有 set
的行為
71
• 只是想要基於 str、list、dict 等行為,增
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的 UserString、UserList、UserDict
72
73

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