一起玩Python程式：新手寫程式也可以這麼簡單！

資料容器(下) - 字典(Dictionary)

張傑帆

National Taiwan University

目錄

1. 字典(Dictionary)基礎概念與語法
2. 字典的鍵值配對操作
3. 字典的新增、刪除、修改方法 (keys, values, items)
4. 設計物品屬性結構 (名稱、類型、數量、價值)
5. 建立物品分類與數量管理系統
6. 作業

學習目標

今天我們要打造一個神奇遊戲背包系統！
就像RPG遊戲中的道具欄一樣，我們需要：
管理各種物品的名稱、類型、數量
快速搜尋特定物品
分類整理背包內容
控制背包容量限制

準備好成為程式背包大師了嗎？

Let's code!

字典 - 神秘的鍵值寶盒

想像一下，你有一個神奇的收納盒：
d = {key1: value1, key2: value2}

• 每個格子都有標籤（鍵 Key）
• 每個標籤對應一個物品（值 Value）
• 你可以透過標籤快速找到物品！

# 創建你的第一個背包字典
backpack = {
  "長劍": 1,
  "治療藥水": 5,
  "魔法書": 2
}

print(f"背包內容：{backpack}")
print(f"治療藥水數量：{backpack['治療藥水']}")

字典語法大解密

# 實用範例
player_stats = {
  "生命值": 100,
  "魔力值": 50,
  "等級": 15
}

小練習1 - 建立你的英雄資料

創建一個字典來記錄你的遊戲角色：

# 請完成這個字典
hero = {
  "姓名": "你的英雄名",
  "職業": "戰士/法師/盜賊",
  "等級": 1,
  "經驗值": 0
}

# 練習：印出英雄的職業和等級
print(f"職業：{hero['職業']}")
print(f"等級：{hero['等級']}")

挑戰1：新增一個"技能"鍵(key)，值(value)為技能列表！
挑戰2：將該技能列表印出來！

進階背包系統 - 物品屬性管理

# 複雜物品結構
items = {
  "炎之劍": {
    "類型": "武器",
    "攻擊力": 50,
    "數量": 1,
    "價值": 1000,
    "稀有度": "史詩"
  },
  "生命藥水": {
    "類型": "消耗品",
    "效果": "恢復50HP",
    "數量": 10,
    "價值": 50
  }
}

# 查看物品詳情
sword = items["炎之劍"]
print(f"武器攻擊力：{sword['攻擊力']}")

字典方法大全

backpack = {"劍": 1, "盾": 1, "藥水": 5}

# 重要方法
keys = backpack.keys()      # 所有鍵
values = backpack.values()  # 所有值
items = backpack.items()    # 所有鍵值對

# 安全取值
count = backpack.get("弓箭", 0)  # 不存在返回0

# 更新字典
new_items = {"弓箭": 1, "箭矢": 50}
backpack.update(new_items)

字典的增刪查改範例

# 增加新鍵值對
backpack["弓箭"] = 2
print(backpack)  # {'長劍': 1, '治療藥水': 5, '魔法書': 2, '弓箭': 2}

# 查詢某個鍵的值
print(backpack.get("魔法書"))  # 2
print(backpack.get("盾牌", "沒有此物品"))  # 沒有此物品

# 修改現有鍵的值
backpack["治療藥水"] = 10
print(backpack["治療藥水"])  # 10

# 刪除鍵值對
del backpack["長劍"]
print(backpack)  # {'治療藥水': 10, '魔法書': 2, '弓箭': 2}

# 使用 pop() 刪除並取得值
removed = backpack.pop("弓箭", None)
print(f"移除弓箭，數量：{removed}")  # 移除弓箭，數量：2
print(backpack)  # {'治療藥水': 10, '魔法書': 2}

小練習2 - 更新你的英雄資料

創建一個字典來記錄你的遊戲角色：
在字典建立後不改動原文的情況下，完成以下任務：

1. 將等級提升到5
2. 新增一個"技能"鍵(key)，值(value)為技能列表
3. 將該技能列表(List)印出來

hero = {
  "姓名": "你的英雄名",
  "職業": "戰士/法師/盜賊",
  "等級": 1,
  "經驗值": 0
}

小練習 3 - 背包管理系統

backpack = {}
while True:
  item = input("請輸入要新增的物品名稱（或輸入 q 結束）：")
  if item == "q":
    break
  qty = int(input(f"請輸入 {item} 的數量："))
  ... # 在此處新增物品到背包
  print(f"已新增 {qty} 個 {item}")

print("=== 背包內容 ===")
for item, count in backpack.items():
  print(f"{item}: {count}")

休息時間

使用dict與list有何不同？

結論：

• 當你需要依照順序或位置存取資料，用list。
• 當你需要根據名稱或標籤快速查找資料，用dict。

dict可以做到O(1)的原理

為什麼dict查找是O(1)？

Python 的 dict（字典）底層是Hash Table實作。

• 每個鍵（key）經過 hash 函數轉換成一個數字（hash值）。
• 這個 hash 值決定了資料在記憶體中的存放位置。
• 查找時，直接根據 hash 值定位，不需遍歷所有元素。

優點：

• 查找、插入、刪除的平均時間複雜度都是 O(1)。
• 只要鍵的 hash 值不衝突（碰撞），效率非常高。

這也是為什麼 dict 適合用來做大量資料的快速查找！

實戰項目：RPG背包系統

請設計一個「背包管理系統」
讓使用者可以：

1. 新增道具及數量
2. 查詢某個道具的數量
3. 修改道具的數量
4. 刪除某個道具

並設計互動式選單讓使用者操作！

backpack = {}

while True:
  print("\n=== 背包管理系統 ===")
  print("1. 新增道具及數量")
  print("2. 查詢某個道具的數量")
  print("3. 修改道具的數量")
  print("4. 刪除某個道具")
  print("5. 顯示所有道具")
  print("0. 離開")
  choice = input("請輸入選項：")

  if choice == "1":
    name = input("請輸入道具名稱：")
    qty = int(input("請輸入數量："))
    if name in backpack:
      backpack[name] += qty
    else:
      backpack[name] = qty
    print(f"已新增 {qty} 個 {name}")

(接下頁)

  elif choice == "2":
    name = input("請輸入要查詢的道具名稱：")
    print(f"{name} 數量：{backpack.get(name, 0)}")

  elif choice == "3":
    name = input("請輸入要修改的道具名稱：")
    if name in backpack:
      qty = int(input("請輸入新的數量："))
      backpack[name] = qty
      print(f"{name} 數量已修改為 {qty}")
    else:
      print("背包中沒有此道具")

(接下頁)

  elif choice == "4":
    name = input("請輸入要刪除的道具名稱：")
    if name in backpack:
      del backpack[name]
      print(f"{name} 已刪除")
    else:
      print("背包中沒有此道具")

  elif choice == "5":
    print("=== 背包內容 ===")
    for item, qty in backpack.items():
      print(f"{item}: {qty}")

  elif choice == "0":
    print("離開背包管理系統")
    break

  else:
    print("請輸入有效選項")

運算思維總整理

抽象化：將現實世界的背包概念抽象為鍵值對結構

• 物品名稱 → 鍵（Key）
• 物品資訊 → 值（Value）

模式識別：識別適合使用字典的場景

• 需要快速查找的資料
• 有明確對應關係的資料

演算法思維：設計高效的資料管理邏輯

• 較少時間複雜度的查找
• 動態新增刪除物品

本週總結

字典是什麼？

• 鍵值對的資料結構
• 快速查找和管理資料

核心方法

• keys(), values(), items()
• get(), update(), del

實際應用

• 遊戲背包系統
• 資料庫般的資料管理

作業：打造你的資料系統

選項一：基礎練習 (適合初學者)

創建一個簡單的魔法道具管理系統：

要求：

1. 新增道具及數量
2. 查詢道具數量
3. 修改道具數量
4. 刪除道具

選項二：進階應用 (有點挑戰性)

設計一個餐廳點餐系統：

• 菜單字典（菜名、價格、類別）
• 訂單管理功能
• 計算總金額
• 按類別分類菜品

挑戰：加入會員折扣機制！

選項三：創意發揮 (自由度高)

設計你自己的管理系統：

• 圖書館借閱系統
• 寵物資料管理
• 社團成員資料庫

發揮創意，展現你的程式魔法！

補充資料 - Set（集合）

Set 是 Python 中用來儲存不重複元素的資料結構，常用於去除重複、集合運算。

基本語法

s = {1, 2, 3, 2}
print(s)        # {1, 2, 3}
s.add(4)        # 新增元素
s.remove(2)     # 移除元素

• 用大括號 {} 建立
• 元素不可重複、無順序
• 支援集合運算：交集、聯集、差集

常用方法

範例：集合運算

a = {1, 2, 3}
b = {3, 4, 5}

print(a | b)    # 聯集 {1, 2, 3, 4, 5}
print(a & b)    # 交集 {3}
print(a - b)    # 差集 {1, 2}
print(a ^ b)    # 互異 {1, 2, 4, 5}

適合用於：

• 去除重複資料
• 比較、合併多組資料
• 數學集合相關運算

超集合與子集合

superset_a = {1, 2, 3, 4, 5}
subset_b = {2, 3}
subset_c = {6, 7}

print(f"集合 A: {superset_a}")
print(f"集合 B: {subset_b}")
print(f"集合 C: {subset_c}")
print(f"B 是 A 的子集合嗎？ {subset_b <= superset_a}")  # True
print(f"A 是 B 的超集合嗎？ {superset_a >= subset_b}")  # True
print(f"C 是 A 的子集合嗎？ {subset_c <= superset_a}")  # False
print(f"A 是 C 的超集合嗎？ {superset_a >= subset_c}")  # False

補充資料 - Tuple（元組）

Tuple 是 Python 中一種不可變的序列型資料結構，常用來儲存一組不需修改的資料。

基本語法

t = (10, 20, 30)
print(t[0])      # 10
print(len(t))    # 3

• 用小括號 () 建立
• 元素可為不同型別
• 不可修改（不能增刪改）

什麼時候用 Tuple？

• 資料不需更動時（如座標、設定值）
• 作為函式回傳多個值 (後面才會教)

與 List 差異