Python的資料結構, 元組資料與應用, 字典資料與應用, 集合資料與應用, 使用sorted()函式, 使用enumerate()函式, 應用實例 – 井字棋遊戲

1. Python元組,字典,集合
Revised on August 26, 2021
 Python的資料結構
 元組資料與應用
 字典資料與應用
 集合資料與應用
 使用sorted()函式
 使用enumerate()函式
 應用實例 – 井字棋遊戲

2.  Python 支援四種資料結構：list、tuple、set及dictionary，而且彼此
問可以相互轉換
 串列類似其它程式語言的陣列 (Array)，但Python 串列中的元素允許
是不同資料型別
list1 = ['apple', 23, 'orange', 15, 'melon', 19]
 元組 (tuple) 類似串列，但建立資料後，內容就不可變更
tuple1 = ('apple', 23, 'orange', 15, 'melon', 19)
 集合 (set) 為不重複的非排序元素集，可進行數學上的集合運算
set1 = {'apple', 23, 'orange', 15, 'melon', 19}
 字典 (dictionary) 用於儲存由 key 索引的鍵⋅值配對 (Key-Value Pair)
資料，鍵必須是唯⼀
dict1 = {'apple':23, 'orange':15, 'melon':19}
Python的資料結構
2

3.  元組 (tuple) 類似串列，元組的元素可以由不同型別的資料型別來組成，
但元組建立後元素個數及內容都不可變更
 讀取元組內的元素時，使用的註標即建立時的順序，運算速度最快
 元組的宣告
 元組變數 = 元素A, 元素B, 元素C, ...
 元組變數 = (元素A, 元素B, 元素C, ...)
tuple1 = () #宣告空元組
dummy1 = 65 #整數資料
tuple2 = 65, #宣告只有⼀個元素的元組，元素之後必須加上逗號
dummy2 = (65) #整數資料
tuple3 = (65,) #宣告只有⼀個元素的元組，元素之後必須加上逗號
tuple4 = (65, 'A') #元素可以是不同資料型別
print(tuple4[1]) #A
元組資料 1/2

4.  list 函式可將元組資料轉換為串列
mytuple = (1, 2, 3, 4, 5)
list1 = list(mytuple)
 tuple 函式可將串列資料轉換為元組
mylist = [1, 2, 3, 4, 5]
tuple1 = tuple(mylist)
元組資料 2/2
4

5. tuple1 = ('apple', 23, 'orange', 15, 'melon', 19)
tuple2 = (7, 20, 15, 40, 19.5)
 value in 元組
檢查元組中是否存在value元素值
print(50 in tuple1) #False
 元組[i]
回傳註標為i的元素值
print(tuple2[0]) #apple
 len(元組)
取得元組元素數目
print(len(tuple1)) #6
 min(元組)
取得元組中最小的元素值，只適用於元素皆為數值資料之元組
print(min(tuple2)) #7
元組的基本操作 1/2

6.  max(元組)
取得元組中最大的元素值，只適用於元素皆為數值資料之元組
print(max(tuple2)) #40
 sum(元組)
計算元組元素的總和，只適用於元素皆為數值資料之元組
print(sum(tuple2)) #101.5
tuple1 = ('apple', 23, 'orange', 15, 'melon', 19)
tuple1[1] = 25 #錯誤
元組的基本操作 2/2
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

7.  字典資料 (dict) 的元素由「鍵(Key):值(Value)」組成，元素間用逗號
分隔，所有元素被 {} 大括號包圍
 字典 = {鍵1:值1, 鍵2:值2, ...}
 鍵必須是唯⼀，如果鍵值重覆，前⾯鍵值的元素會被後⾯鍵值的元素覆
蓋。鍵可以使用數值、字串或元組
 值可以是任何資料型別
dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
dict2 = dict(⻄瓜 = 30, 葡萄 = 45, 百香果 = 60)
print(dict1)
print(dict2)
測試結果：
{'香蕉': 20, '蘋果': 50, '橘子': 30}
{'⻄瓜': 30, '葡萄': 45, '百香果': 60}
字典資料
7

8. dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
 字典[key] = value
在字典新增key:value元素，若已存在鍵，表示更新值
dict1['鳯梨'] = 40
 del 字典[key]
刪除字典中鍵為 key 的元素
del dict1['鳯梨']
 字典.clear()
可刪除字典的所有元素
dict1.clear()
 del 字典
刪除整個字典資料
del dict1
字典資料維護 1/2
8

9. dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
dict1['鳯梨'] = 40
print(dict1) #{'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30, '鳯梨':40}
del dict1['蘋果']
print(dict1) #{'香蕉':20, '橘子':30, '鳯梨':40}
dict1.clear()
print(dict1) #{}
del dict1
print(dict1) #錯誤
字典資料維護 2/2
NameError: name 'dict1' is not defined

10. dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
 len(字典)
計算字典的元素個數
print(len(dict1)) #3
 字典.fromkeys(元組或串列[, 預設值])
以元組或串列元素為鍵，建立字典，如有重複元素會自動去除
fruits = ('apple', 'orange', 'melon')
fruitdic = {}.fromkeys(fruits, 30)
print(fruitdic) #{'apple': 30, 'orange': 30, 'melon': 30}
 字典.keys()
傳回字典中所有的鍵，傳回資料可用 list 函式轉換為串列
print(list(dict1.keys())) #['香蕉', '蘋果', '橘子']
 字典.values()
傳回字典中所有的值，傳回資料可用 list 函式轉換為串列
print(list(sites. values())) #[20, 50, 30]
字典資料處理 1/5
10

11. dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
 字典.items()
傳回字典中所有的元素，每⼀對鍵值會形成⼀個元組。傳回資料可用 list 函式
轉換為串列
print(list(dict1.items())) #[('香蕉', 20), ('蘋果', 50), ('橘子', 30)]
 字典.get(key, value)
取得 key 對應的值，若 key 不存在，則傳回參數中的 value 值
print(dict1.get('鳯梨', 40)) #40
 字典.setdefault(key, value)
取得key 對應的值，若 key 不存在，則以參數的 key, value 建立新元素，並傳
回 value 值
print(dict1.setdefault('鳯梨', 40)) #40
print(dict1) #{'香蕉': 20, '蘋果': 50, '橘子': 30, '鳯梨': 40}
字典資料處理 2/5
11

12. dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
 字典.pop(key[, value])
傳回 key 對應的值，並刪除該元素；如果找不到 key，則回傳 value；如果找
不到 key，又沒指定 value，則會造成 KeyError 異常
print(dict1.pop('蘋果')) #50
print(dict1) #{'香蕉': 20, '橘子': 30}
 字典.popitem()
傳回最後⼀筆元素 (元組資料型式)，並刪除該元素；如果字典已經為空，卻調
用了此方法，就報出KeyError異常
print(dict1.pop('蘋果')) #('橘子', 30)
print(dict1) #{'香蕉': 20}
 字典.update(字典2)
以字典2的元素，更新字典
dict1.update({'香蕉':25, '蘋果':50})
print(dict1) #{'香蕉': 25, '蘋果': 50}
字典資料處理 3/5
12

13. dict1 = {'香蕉':20, '蘋果':50, '橘子':30}
 key in 字典
檢查字典中是否存在key鍵
print('香蕉' in dict1) #True
for key in dict1:
print(key, end = ', ') #香蕉, 蘋果, 橘子,
字典資料處理 4/5
13

14. sites = {'Google': 'www.google.com', 'Runoob': 'www.runoob.com'}
print(sites.get('Google'))
print(sites.popitem())
print(sites.setdefault('Python', 'www.python.org'))
print(list(sites.keys()))
print(list(sites.values()))
sites.update({'Python':'python.org'})
print(sites.items())
for k in sites:
print(k)
測試結果：
www.google.com
('Runoob', 'www.runoob.com')
www.python.org
['Google', 'Python']
['www.google.com', 'www.python.org']
dict_items([('Google', 'www.google.com'), ('Python', 'python.org')])
Google
Python
字典資料處理 5/5

15.  在 Python 不支援其它語言中的 switch 指令，以下程式結合字典物件
與 lambda 函式模擬 switch 指令功能
score = int(input('請輸入分數：'))
level = score // 10
{
10 : lambda: print('Perfect'),
9 : lambda: print('A'),
8 : lambda: print('B'),
7 : lambda: print('C'),
6 : lambda: print('D')
}.get(level, lambda: print('E'))()
測試結果：
請輸入分數：67
D
字典資料應用

16.  集合 (Set) 儲存的是無序、元素不重複的資料集
 集合名稱 = {元素1, 元素2, ...}
programmers = {'Jack', 'Sam', 'Susan', 'Janice'}
 會重新排列元素順序
 元素可以是不同資料型別
 set 函式可將串列資料轉換為集合，並自動剔除重複元素
engineers = set(['John', 'Jane', 'Jack', 'Jack', 'Janice'])
 set 函式可將字典資料中的鍵轉換為集合
s = set({1:'A', 2:'B', 3:'C', 4:'D'}) #{1,2,3,4}
 建立空集合必须用 set() 而不是使用 {} (空字典)
集合資料
16

17.  集合.add(x)
將元素 x 添加到集合中，如果元素已存在，則不進行任何操作
 集合.update(x)
將 x 添加到集合中，x 可以是元素、串列、元組或字典
 集合.remove(x)
將元素 x 從集合中移除，如果元素不存在，則會發生 KeyError 錯誤
 集合.discard(x)
將元素 x 從集合中移除，如果元素不存在，則不進行任何操作
 集合.pop()
取從集合中取出第⼀個元素，並移除該元素；如果是空集合，則會發生
KeyError 錯誤
 集合.clear()
清空集合
集合的基本操作 1/3
17

18.  len(集合)
回傳集合的元素個數
 max(集合)
回傳集合中的最大元素
 min(集合)
回傳集合中的最小元素
 x in 集合
檢查集合中是否存在元素 x
集合的基本操作 2/3
18

19. programmer = {'Jack', 'Sam', 'Susan', 'Janice'}
programmer.add('Tony')
print(programmer)
programmer.discard('Susan')
print('Susan' in programmer)
print(programmer)
programmer.pop()
print(programmer)
for e in programmer:
print(e)
測試結果：
{'Sam', 'Susan', 'Tony', 'Jack', 'Janice'}
False
{'Sam', 'Tony', 'Jack', 'Janice'}
{'Tony', 'Jack', 'Janice'}
Tony
Jack
Janice
集合的基本操作 3/3

20.  交集運算
 集合1 & 集合2
 集合1.intersection(集合2)
 聯集運算
 集合1 | 集合2
 集合1.union(集合2)
 差集運算
 集合1 – 集合2
 集合1.difference(集合2)
集合運算 1/3
20

21.  對稱差集 (排除相同元素)
 集合1 ^ 集合2
 集合1.symmetric_difference(集合2)
 子集合
 集合1 < 集合2 #測試s1是否為s2的子集合
 集合1.issubset(集合2)
 父集合
 集合1 > 集合2 #測試s1是否為s2的父集合
 集合1.issuperset(集合2)
 判断两集合是否包含相同的元素，如果没有回傳True，否则回傳False
 集合1.isdisjoint(集合2)
集合運算 2/3
21

22. engineer = set(['Tony', 'John', 'Jane', 'Jack', 'Janice'])
print(engineer)
programmer = {'Tina', 'Jack', 'Sam', 'Susan', 'Janice', 'Tom'}
manager = set(['Tony', 'Tina', 'Mike'])
employee = engineer | programmer | manager #union
print(employee)
print('engineer and manager：', engineer & manager) #intersection
print('fulltime manager:', manager - engineer - programmer) #difference
engineer.remove('Jane')
print(engineer)
print(len(engineer))
測試結果：
{'John', 'Jane', 'Tony', 'Jack', 'Janice'}
{'Tom', 'Sam', 'John', 'Jane', 'Tony', 'Susan', 'Mike', 'Jack', 'Tina',
'Janice'}
engineer and manager： {'Tony'}
fulltime manager: {'Mike'}
{'John', 'Tony', 'Jack', 'Janice'}
4
集合運算 3/3

23.  只有字典提供鍵值索引，而串列、元組及集合這三者極為相似；串列
因為限制少，方便使用但效率會低於其他型別
 依資料的性質
 如果資料有兩個以上，且包含唯⼀的關鍵字，那麼字典是絕佳的選擇
 如果資料有前後順序的時間因素，或者有可能會重複時，就不能使用集合
 資料如果有增減的需求，元組就無法達成要求
 考量資料內建的函式和方法，是否能對資料進行處理
 集合型別可以有效率的進行聯集、交集等運算
元組、字典和集合使用時機

24.  sorted() 函式可用來排序任何的 iterable 資料 (string, dictionary,
tuple...)，並串列型別回傳排序後之資料
 sorted(iterable, key = None, reverse = False)
 iterable
可迭代運算物件
 key
key 參數的值應該是⼀個函數，它接受⼀個參數並返回⼀個用於排序目的
的鍵。只有當可迭代運算物件的元素為複合資料時，才需
 reverse
排序規則，reverse = True 降冪，reverse = False 昇冪 (預設)
sorted ()函式 1/4

25. programmers = {'Jack', 'Sam', 'Allen', 'David'}
print(sorted(programmers))
print(sorted(programmers, reverse = True))
fruits = {'apple':23, 'orange':15, 'melon':19}
print(sorted(fruits)) #字典資料預設以key排序
print(sorted(fruits, key = lambda x:fruits[x])) #使用value排序字典資料
測試結果：
['Allen', 'David', 'Jack', 'Sam']
['Sam', 'Jack', 'David', 'Allen']
['apple', 'melon', 'orange']
['orange', 'melon', 'apple']
sorted ()函式 2/4

26.  由於經常會用到 key 函式，Python 提供 operator 模組，其中
itemgetter() 函式可以直接做為 key 函式
fruits = {'apple':23, 'orange':15, 'melon':19}
print(sorted(fruits, key = itemgetter(0))) #使用key排序字典資料
print(sorted(fruits, key = itemgetter(1))) #使用value排序字典資料
students = [('Bill', 'B', 15), ('Danny', 'A', 14), ('Geoff', 'B', 14)]
print(sorted(students))
print(sorted(students, key = lambda x:x[1])) #以成績排序資料
print(sorted(students, key = itemgetter(1))) #以成績排序資料
print(sorted(students, key = lambda x:(x[1], x[2]))) #先以成績再以年齡排序資料
print(sorted(students, key = itemgetter(1, 2))) #先以成績再以年齡排序資料
測試結果：
['apple', 'melon', 'orange']
['melon', 'apple', 'orange']
[('Bill', 'B', 15), ('Danny', 'A', 14), ('Geoff', 'B', 14)]
[('Danny', 'A', 14), ('Bill', 'B', 15), ('Geoff', 'B', 14)]
[('Danny', 'A', 14), ('Bill', 'B', 15), ('Geoff', 'B', 14)]
[('Danny', 'A', 14), ('Geoff', 'B', 14), ('Bill', 'B', 15)]
[('Danny', 'A', 14), ('Geoff', 'B', 14), ('Bill', 'B', 15)]
sorted ()函式 3/4

27.  如果要排序的物件是class object的話，也可以使用operator模組中的
attrgetter() 做為 key 函式
class Student:
def __init__(self, name, grade, age):
self.name = name
self.grade = grade
self.age = age
def __repr__(self):
return repr((self.name, self.grade, self.age))
students = [Student('Bill', 'B', 15), Student('Danny', 'A', 14),
Student('Geoff', 'B', 14)]
print(sorted(students, key = attrgetter('grade'))) #比成績
print(sorted(students, key = attrgetter('grade', 'age'))) #先比成績再比年齡
測試結果：
[('Danny', 'A', 14), ('Bill', 'B', 15), ('Geoff', 'B', 14)]
[('Danny', 'A', 14), ('Geoff', 'B', 14), ('Bill', 'B', 15)]
註：有關類別宣告後續單元再介紹
sorted ()函式 4/4

28.  enumerate() 函式用來自可叠代對象 (如串列、元組、集合等) 中依序
列舉出元素值，並加以順序編號
 enumerate(sequence, [start = 0])
 start 為將列舉所取得資料進行編號之起始值，預設值為 0
 enumerate 多用於在 for 循環中得到計數，利用它可以同時獲得索引
和值，即需要 index 和 value 值的時候可以使用
programmer = {'Jack', 'Sam', 'Susan', 'Janice'}
for index, name in enumerate(programmer, start = 1):
print('%s. %s' %(index, name))
測試結果：
1. Susan
2. Sam
3. Janice
4. Jack
enumerate()函式

29.  遊戲規則
 由玩家 (X) 與電腦 (O) 輪流對奕，隨機決定先手
 先連成⼀線者勝出
 電腦落子策略
1. 檢查棋盤，如有決勝點即落子
2. 檢查棋盤，如存在對手決勝點，落子阻斷
3. 依據棋盤空格優先序落子
1) 四個角落空格
2) 中間空格
3) 四個邊空格
應用實例：井字棋遊戲 1/8

30.  建立board串列儲存對奕資料，元素 1 ~元素 9 對應井字棋盤九格，元
素 0 沒使用；'X'表示玩家落子，'O'表示電腦落子，' '表示空格
import random
board = [' ' for x in range(10)]
 printBoard() 自訂函式用來顯示井字棋
def printBoard():
print(' ' + board[1] + '|' + board[2] + '|' + board[3] + ' ')
print('--+-+--')
print(' ' + board[4] + '|' + board[5] + '|' + board[6] + ' ')
print('--+-+--')
print(' ' + board[7] + '|' + board[8] + '|' + board[9] + ' ')
應用實例：井字棋遊戲 2/8
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4 5 6
7 8 9

31.  isWinner(bo, c)自訂函式用來檢查是否連線，有連線時回傳 True
 bo 井字棋對奕資料
 c 為棋子符號，'X'代表玩家，'O'代表電腦
def isWinner(bo, c):
return (bo[1]==bo[2]==bo[3]==c) or (bo[4]==bo[5]==bo[6]==c) or
(bo[7]==bo[8]==bo[9]==c) or (bo[1]==bo[4]==bo[7]==c) or
(bo[2]==bo[5]==bo[8]==c) or (bo[3]==bo[6]==bo[9]==c) or
(bo[1]==bo[5]==bo[9]==c) or (bo[3]==bo[5]==bo[7]==c)
 isBoardFull(bo)自訂函式用來檢查井字棋是否填滿了
def isBoardFull():
return board.count(' ') == 1 #只剩⼀個空格時(元素0)，表示棋盤已填滿
 selectRandom(li)自訂函式用來自li串列中隨機挑選⼀個元素值
def selectRandom(li):
r = random.randrange(0, len(li))
return li[r]
應用實例：井字棋遊戲 3/8

32.  playerTurn()自訂函式為玩家回合處理作業，若玩家輸入的棋盤位
置編號為空格則落子'X'，否則重新輸入
def playerTurn():
while True:
try:
move = int(input('Select a position to place an 'X' (1-9): '))
if move > 0 and move < 10:
if (board[move] == ' '):
board[move] = 'X'
break
else:
print('Sorry, this space is occupied!')
else:
print('Please type a number within the range!')
except:
print('Please type a number!')
printBoard() #顯示棋盤目前結果
應用實例：井字棋遊戲 4/8
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4 5 6
7 8 9

33.  evaluateMove()自訂函式為電腦回合計算最佳落子位置
 落子優先序：連線決勝點、阻斷對手連線點、四個角落、中間、四個邊
def evaluateMove():
candiate = tuple([x for x, c in enumerate(board) if c == ' ' and x != 0])
for let in ('O', 'X'): #檢查決勝點及阻斷對手決勝點
for i in candiate :
boardCopy = board[:] #複製棋盤以便測試
boardCopy[i] = let
if isWinner(boardCopy, let):
return i
cornersOpen = []
for i in candiate :
if i in (1, 3, 7, 9):
cornersOpen.append(i)
if len(cornersOpen) > 0: #選擇四個角落位置
return selectRandom(cornersOpen)
應用實例：井字棋遊戲 5/8

34. if 5 in candiate: #選擇中間位置
return 5
edgesOpen = []
for i in candiate:
if i in (2, 4, 6, 8):
edgesOpen.append(i)
if len(edgesOpen) > 0: #選擇四邊位置
return selectRandom(edgesOpen)
 computerTurn()自訂函式為電腦回合處理作業
def computerTurn():
move = evaluateMove()
board[move] = 'O'
print('Computer placed an 'O' in position', move)
printBoard() #顯示棋盤目前結果
應用實例：井字棋遊戲 6/8

35.  game()自訂函式為遊戲流程控制作業
def game(turn):
while True:
if (turn):
playerTurn() #玩家回合
turn = 1 - turn #換手
if isWinner(board, 'X'):
print('You won this time!')
break;
else:
computerTurn() #電腦回合
turn = 1 - turn #換手
if isWinner(board, 'O'):
print('Computer won this time!')
break;
if isBoardFull():
print('Tie Game!')
break;
應用實例：井字棋遊戲 7/8

36.  程式主流程
while True:
print('Welcome to Tic Tac Toe!', end = ', ')
turn = random.randint(0, 9) % 2 #隨機決定先手，0電腦, 1玩家
if (turn == 1):
print('玩家先下')
printBoard() #畫出空棋盤
else:
print('電腦先下')
game(turn)
answer = input('Do you want to play again? (Y/N)')
if answer.lower() == 'y' or answer.lower == 'yes':
board = [' ' for x in range(10)]
print('-----------------------------------')
else:
break
應用實例：井字棋遊戲 8/8