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. 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
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3. hashable 協定
• 試圖在 set 中置放這些型態的實例，就會
引發 TypeError：
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4. • 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
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5. • 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
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6. • 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
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7. • 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
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8. • 什麼樣的狀態會被認定為重複，還是要自
行定義 __hash__() 與 __eq__()：
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9. 9

10. • 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
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11. 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
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13. • 在使用@dataclass標註時，指定
frozen=True
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14. • 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
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15. • 預設值不能是可變動的實例，例如list，
這會引發錯誤：
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16. • 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()
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17. • 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
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18. 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
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20. • 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
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22. • 同樣的需求，也可以使用產生器來實作
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23. • 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)
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24. • 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
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25. • 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：
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26. • dropwhile()、takewhile()、
filterfalse()
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27. • 有時候會需要依某個鍵來進行分類
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28. • 使用 itertools 的 groupby() 函式可以
省事許多：
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29. 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：
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30. • 也可以使用 key 參數，指定要使用哪個值
進行排序：
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31. • 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
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32. • 如果是自訂的類別實例，它們怎麼會知道
該怎麼排序呢？
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33. • 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：
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35. • 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：
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37. 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）
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38. • 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
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39. • 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：
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40. • 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
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41. • 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
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42. • 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
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43. • 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
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44. • 有個 rotate()方法，可實作出環狀佇列
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45. • 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
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47. • 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()
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48. • 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
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50. • 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
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51. • 若想以一定的順序來走訪 dict 中鍵值
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52. • 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
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53. • 依鍵排序或依值排序的常見需求：
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54. 54

55. • 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

56. • 使用 defaultdict 來設計一個計數器
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57. • collections 模組中就個 Counter 類別
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58. • 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
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59. • 有多個 dict 物件，想要將它們合併在一起
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60. • 可以使用 collections 的 ChainMap 來
達到相同的目的
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61. • 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
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62. • ChainMap 底層維護的 list，可以透過
maps 屬性來取得
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63. • 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
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64. • 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__()
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67. • 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
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68. • 方才自行實作的 ChainMap，可以改繼承
MutableMapping，以更符合 dict 的物
件協定：
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71. • 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
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72. • 只是想要基於 str、list、dict 等行為，增
加一些自定義方法，可以使用 collections
的 UserString、UserList、UserDict
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