Python 提供了豐富的資料結構和字串處理功能，讓開發者能有效率地組織和操作資料。字典允許以鍵值對的方式儲存資料，方便快速存取；字串操作則涵蓋了索引、切片、格式化、大小寫轉換等，滿足各種文字處理需求。正規表示式更進一步提升了字串處理的能力，能精準匹配複雜的模式，對於資料清洗、驗證和分析至關重要。理解這些核心技術，能大幅提升程式設計的效率和程式碼的可讀性，對於構建穩健且功能豐富的應用程式至關重要。
資料結構與字典
在程式設計中，資料結構是組織和儲存資料的方式。字典（Dictionary）是一種重要的資料結構，允許我們使用鍵值對（key-value pairs）來儲存和存取資料。在本文中，我們將探討字典的基礎知識、如何傳回鍵和值、檢查鍵是否存在、設定預設值，以及如何使用資料結構來模擬現實世界的事物。
字典資料型態
字典是一種可變的資料型態，儲存的是鍵值對的集合。每個鍵都是唯一的，並且對應到一個特定的值。字典可以用大括號 {} 來表示，鍵值對之間用逗號 , 分隔。
傳回鍵和值
當我們需要傳回字典中的所有鍵或值時，可以使用 .keys() 和 .values() 方法。.keys() 方法傳回一個包含所有鍵的檢視物件，而 .values() 方法傳回一個包含所有值的檢視物件。
檢查鍵是否存在
如果我們需要檢查某個鍵是否存在於字典中，可以使用 in 運算元。這個運算元會傳回 True 如果鍵存在，否則傳回 False。
設定預設值
在某些情況下，我們可能需要為字典中的鍵設定預設值。這可以使用 .get() 方法來實作，該方法允許我們指定一個預設值，如果鍵不存在於字典中，就會傳回這個預設值。
模擬現實世界的事物
字典和其他資料結構可以用來模擬現實世界的事物。例如，我們可以使用字典來代表一個棋盤，每個格子都有一個唯一的鍵和對應的值（例如棋子型別）。這樣，我們就可以方便地存取和操作棋盤上的資料。
實際應用：互動式棋盤模擬器
讓我們透過一個實際的例子來瞭解如何使用字典和其他資料結構來模擬現實世界的事物。假設我們想要建立一個互動式棋盤模擬器，允許使用者移動棋子和檢查棋盤狀態。
步驟 1：設定程式
首先，我們需要設定程式的基本結構，包括初始化棋盤和定義基本的函式。
步驟 2：建立棋盤範本
接下來，我們需要建立一個棋盤範本，這個範本將用來初始化棋盤的狀態。這個範本可以是一個二維列表，其中每個元素代表一個棋盤格子。
步驟 3：列印當前棋盤
然後，我們需要列印預出當前的棋盤狀態，這可以透過迭代棋盤範本並列印每個格子的狀態來實作。
步驟 4：操作棋盤
最後，我們需要允許使用者操作棋盤，包括移動棋子和檢查棋盤狀態。這可以透過定義相應的函式並呼叫這些函式來實作。
###巢狀字典和列表 在某些情況下，我們可能需要使用巢狀字典和列表來儲存複雜的資料結構。巢狀字典是指一個字典中的值也是另一個字典，而巢狀列表是指一個列表中的元素也是另一個列表。這些資料結構可以用來模擬現實世界中複雜的關係和階層結構。
圖表翻譯：
上述流程圖描述了建立互動式棋盤模擬器的基本步驟。首先，我們初始化棋盤，然後建立一個棋盤範本。接下來，我們列印預出當前的棋盤狀態，並允許使用者操作棋盤。最後，我們更新棋盤狀態以反映使用者的操作。這個流程圖展示瞭如何使用字典和其他資料結構來模擬現實世界的事物，並提供了一個簡單的例子來演示這些概念的實際應用。
字串與文字編輯
在程式設計中，字串是代表一系列字元的基本資料型別。它們被廣泛用於各種應用，從簡單的文書處理到複雜的網頁開發。在本章中，我們將探討Python中字串的基礎知識，包括字串字面量、索引和切片、運算子以及有用的字串方法。
字串字面量
在Python中，字串可以使用單引號（’）或雙引號（"）來定義。例如：
my_string = 'Hello, World!'
print(my_string) # 輸出：Hello, World!
索引和切片
Python中的字串是可索引的，這意味著你可以存取特定位置的字元。索引從0開始，因此第一個字元的索引為0，第二個字元的索引為1，以此類別推。
my_string = 'Hello'
print(my_string[0]) # 輸出：H
print(my_string[1]) # 輸出：e
你也可以使用切片來提取字串的一部分。切片的語法為my_string[start:stop:step]，其中start是開始索引，stop是結束索引，step是步長。
my_string = 'Hello'
print(my_string[1:3]) # 輸出：el
in和not in運算子
你可以使用in和not in運算子來檢查一個字串是否包含另一個字串。
my_string = 'Hello, World!'
print('Hello' in my_string) # 輸出：True
print('Goodbye' in my_string) # 輸出：False
F-Strings
F-Strings是一種新的字串格式化方式，於Python 3.6中引入。它允許你在字串中嵌入表示式。
name = 'John'
age = 30
print(f'My name is {name} and I am {age} years old.')
# 輸出：My name is John and I am 30 years old.
F-String Alternatives: %s and format()
除了F-Strings之外，你也可以使用 %s 和 format() 方法來格式化字串。
name = 'John'
age = 30
print('My name is %s and I am %d years old.' % (name, age))
# 輸出：My name is John and I am 30 years old.
print('My name is {} and I am {} years old.'.format(name, age))
# 輸出：My name is John and I am 30 years old.
有用的字串方法
Python中的字串有一些有用的方法，可以幫助你處理和操作字串。例如：
my_string = 'Hello, World!'
print(my_string.upper()) # 輸出：HELLO, WORLD!
print(my_string.lower()) # 輸出：hello, world!
print(my_string.split(',')) # 輸出：['Hello', ' World!']
內容解密：
在上面的程式碼中，我們使用了upper()和lower()方法來將字串轉換為大寫和小寫。然後，我們使用了split()方法來將字串分割成子字串。
圖表翻譯：
@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle
title Python資料結構字串正規表示式應用
package "正規表示式" {
package "基本語法" {
component [字元類 [abc]] as char_class
component [量詞 * + ?] as quantifier
component [錨點 ^ $] as anchor
}
package "進階功能" {
component [群組 ()] as group
component [後向參考 \1] as backref
component [前瞻後顧] as lookahead
}
package "Python re 模組" {
component [re.match()] as match
component [re.search()] as search
component [re.findall()] as findall
component [re.sub()] as sub
}
}
char_class --> quantifier : 重複匹配
quantifier --> anchor : 位置定位
group --> backref : 捕獲參考
match --> search : 模式搜尋
search --> findall : 全部匹配
findall --> sub : 取代操作
note right of lookahead
(?=...) 正向前瞻
(?!...) 負向前瞻
(?<=...) 正向後顧
end note
@enduml圖表翻譯：
在上面的圖表中，我們展示了Python中的字串操作方法。從左到右，分別是索引和切片、運算子、F-Strings和格式化方法。每個方法都有其自己的應用場景和優點。
字串操作與轉換
在程式設計中，字串是最常見的資料型別之一，瞭解如何操作和轉換字串是非常重要的。本文將介紹幾種常見的字串操作和轉換方法。
72. 修改字串的大小寫
在很多情況下，我們需要修改字串的大小寫，以便於比較或顯示。Python 提供了幾種方法來修改字串的大小寫，包括 upper()、lower()、title() 和 capitalize()。
upper(): 將字串全部轉換為大寫。lower(): 將字串全部轉換為小寫。title(): 將字串每個單詞的第一個字母轉換為大寫。capitalize(): 將字串的第一個字母轉換為大寫。
73. 檢查字串的特性
有時候，我們需要檢查字串的特性，例如是否為數字、是否為字母等。Python 提供了幾種方法來檢查字串的特性，包括 isalpha()、isdecimal()、isdigit()、islower()、isupper() 和 isspace()。
isalpha(): 檢查字串是否只包含字母。isdecimal(): 檢查字串是否只包含十進位制數字。isdigit(): 檢查字串是否只包含數字。islower(): 檢查字串是否只包含小寫字母。isupper(): 檢查字串是否只包含大寫字母。isspace(): 檢查字串是否只包含空白字元。
74. 檢查字串的開頭或結尾
在很多情況下，我們需要檢查字串的開頭或結尾，以便於判斷是否符合某些條件。Python 提供了 startswith() 和 endswith() 方法來檢查字串的開頭或結尾。
startswith(): 檢查字串是否以指定的字串開頭。endswith(): 檢查字串是否以指定的字串結尾。
75. 合併和分割字串
有時候，我們需要合併或分割字串，以便於處理或顯示。Python 提供了 join() 和 split() 方法來合併和分割字串。
join(): 合併多個字串為一個單一的字串。split(): 分割一個字串為多個子字串。
76. 對齊和居中文字
在很多情況下，我們需要對齊或居中文字，以便於顯示。Python 提供了 ljust()、rjust() 和 center() 方法來對齊和居中文字。
ljust(): 對齊文字到左邊。rjust(): 對齊文字到右邊。center(): 居中文字。
77. 移除空白字元
有時候，我們需要移除空白字元，以便於處理或顯示。Python 提供了 strip()、lstrip() 和 rstrip() 方法來移除空白字元。
strip(): 移除字串的開頭和結尾的空白字元。lstrip(): 移除字串的開頭的空白字元。rstrip(): 移除字串的結尾的空白字元。
78. 字元的數值碼點
在 Unicode 中，每個字元都有一個對應的數值碼點。Python 提供了 ord() 函式來取得字元的數值碼點。
80. 專案 2：為 Wiki 標記新增專案符號
在這個專案中，我們需要為 Wiki 標記新增專案符號，以便於顯示。具體步驟如下：
81. 步驟 1：從剪貼簿複製和貼上
首先，我們需要從剪貼簿複製和貼上文字。
82. 步驟 2：分隔文字行
接下來，我們需要分隔文字行，以便於處理。
83. 步驟 3：合併修改過的行
最後，我們需要合併修改過的行，以便於顯示。
84. 一個簡短的程式：豬拉丁語
豬拉丁語是一種簡單的密碼語言，規則如下：
- 如果單詞以母音開頭，則在單詞末尾新增「way」。
- 如果單詞以子音開頭，則將子音移到單詞末尾，並新增「ay」。
86. 練習題目
- 寫一個函式，將輸入的字串全部轉換為大寫。
- 寫一個函式，檢查輸入的字串是否只包含數字。
- 寫一個函式，將輸入的字串分割為多個子字串。
87. 練習程式：表格列印器
在這個練習程式中，我們需要實作一個表格列印器，可以將輸入的資料以表格形式顯示。具體要求如下：
- 輸入資料：一個二維列表，每個子列表代表一行資料。
- 輸出：以表格形式顯示輸入的資料，每個欄位寬度相同。
這些練習題目和程式可以幫助你更好地理解和掌握字串操作和轉換的技巧。
使用正規表示式進行文字模式匹配
在進行文書處理和資料分析時，常常需要找到特定的文字模式。雖然可以使用簡單的字串查詢方法，但是這種方法往往不夠靈活和強大。正規表示式（Regular Expressions）是一種強大的工具，允許使用者定義複雜的文字模式，並對其進行查詢、匹配和操作。
基本概念
正規表示式是一種特殊的字串，用於描述一個查詢模式。它由一系列字元組成，每個字元都有特定的含義。透過組合這些字元，可以建立出複雜的模式，用於匹配特定的文字。
群組和括號
在正規表示式中，括號（(和)）用於群組字元，從而建立子模式。這些子模式可以用於捕捉特定的文字部分，或者簡化複雜的模式。
逸出字元
逸出字元（\）用於轉義特殊字元，使其失去特殊含義。例如， \. 用於匹配字面上的句點（.）字元。
選擇和分組
選擇和分組允許使用者定義多個互斥的模式。透過使用 | 字元，可以指定多個模式中的任意一個。
傳回所有匹配
當使用正規表示式查詢文字模式時，通常需要傳回所有匹配結果，而不是隻傳回第一個匹配。這可以透過使用特殊的旗標或選項來實作。
限定符語法
限定符語法用於指定要匹配的字元集。例如， [a-zA-Z] 用於匹配任何字母字元（無論大小寫）。
字元類別和負字元類別
字元類別（Character Classes）用於指定一組字元，例如所有字母或所有數字。負字元類別（Negative Character Classes）則用於指定不在該組中的字元。
簡寫字元類別
簡寫字元類別提供了一種簡單的方式來指定常見的字元集，例如 \w 用於匹配任何單詞字元（等同於 [a-zA-Z0-9_]）。
匹配任何字元
. 字元是一種特殊的萬用字元， 用於匹配任何單個字元（除了換行符）。
小心匹配
在使用正規表示式時，必須小心地定義模式，以避免意外的匹配結果。這需要對正規表示式語法有深入的理解，並且要仔細測試模式，以確保它們能夠正確地匹配所需的文字。
從技術架構視角來看，理解資料結構和字串操作是程式設計的根本。本文深入淺出地介紹了字典、列表等資料結構的特性與應用，並以互動式棋盤模擬器為例，展現瞭如何運用這些結構模擬現實世界。此外，文章也詳盡地闡述了字串操作的各種技巧，涵蓋了字串格式化、大小寫轉換、子字串提取等，最後更進一步探討了正規表示式的應用，從基本概念到進階技巧，例如群組、逸出字元和字元類別等都有清晰的說明。然而，正規表示式的複雜性也帶來了潛在的效能問題和理解難度，需謹慎使用。對於初學者，建議先掌握基礎的字串操作，再逐步深入學習正規表示式。玄貓認為，熟練掌握這些技術，能顯著提升程式碼的效率和可讀性，是每位程式設計師的必備技能。未來，隨著自然語言處理等領域的發展，更強大的字串處理和模式匹配技術將持續湧現，值得關注。
