在 Python 中， defaultdict 是 collections 模塊提供的一個非常有用的類，它是內置字典類型 dict 的子類。 defaultdict 的主要特點是 自動處理字典中不存在的鍵，避免在使用普通字典時因訪問不存在的鍵而拋出 KeyError 異常。

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核心特點

1. 自動初始化默認值：當訪問一個不存在的鍵時，defaultdict 會調用指定的默認工廠函數（default_factory）生成一個初始值，確定了字典中值的類型。
2. 簡化代碼：無需手動檢查鍵是否存在，適合需要分組、統計或聚合數據的場景。

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基本語法

from collections import defaultdictd = defaultdict(default_factory)

• default_factory：一個可調用對象（如 list, int, set, str 或自定義函數），用于生成默認值。

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常見使用場景

1. 分組數據（默認值為列表）

將數據按鍵分組，類似 SQL 的 GROUP BY：

from collections import defaultdictdata = [("apple", "fruit"), ("carrot", "vegetable"), ("apple", "fruit")]
grouped = defaultdict(list)for name, category in data:grouped[category].append(name)print(grouped)
# 輸出：defaultdict(<class 'list'>, {'fruit': ['apple', 'apple'], 'vegetable': ['carrot']})

2. 計數（默認值為整數）

統計元素出現次數：

from collections import defaultdicttext = "apple banana apple orange banana"
words = text.split()
count = defaultdict(int)for word in words:count[word] += 1print(count)
# 輸出：defaultdict(<class 'int'>, {'apple': 2, 'banana': 2, 'orange': 1})

3. 集合操作（默認值為集合）

避免重復值：

from collections import defaultdictpairs = [("a", 1), ("b", 2), ("a", 3)]
unique = defaultdict(set)for key, value in pairs:unique[key].add(value)print(unique)
# 輸出：defaultdict(<class 'set'>, {'a': {1, 3}, 'b': {2}})

4. 嵌套字典

構建多層嵌套結構：

from collections import defaultdictnested = defaultdict(lambda: defaultdict(int))
nested["fruit"]["apple"] += 1
nested["vegetable"]["carrot"] += 2print(nested["fruit"])        # 輸出：defaultdict(<class 'int'>, {'apple': 1})
print(nested["unknown_key"])  # 輸出：defaultdict(<class 'int'>, {})

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注意事項

1. default_factory 必須可調用：例如 list、int 是類（構造函數），而 list() 或 int() 的返回值不可作為工廠。
2. 僅對 d[key] 有效：使用 d.get(key) 或 key in d 不會觸發默認值生成。
3. 性能：與普通字典性能接近，適合高頻插入操作。

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與普通字典對比

# 普通字典需要手動處理缺失鍵
d = {}
key = "unknown"
if key not in d:d[key] = []
d[key].append(1)# defaultdict 自動處理
d = defaultdict(list)
d["unknown"].append(1)

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總結

defaultdict 簡化了需要初始化默認值的字典操作，特別適合數據聚合、分組和統計場景。通過合理選擇 default_factory（如 list、int、set 或自定義函數），可以大幅提升代碼簡潔性和可讀性。

在 Python 中，defaultdict 繼承自 dict，因此它的 鍵（Key）和值（Value）的類型規則與普通字典一致，但也有一些細節需要注意。以下是詳細說明：

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1. 鍵（Key）的類型

• 規則：鍵必須是 不可變類型（Immutable） 且 可哈希（Hashable）。

• 允許的類型：

  • 基本類型：int, float, str, bool, None
  • 不可變容器：tuple（但元組內的元素也必須不可變）
  • frozenset（不可變集合）
  • 用戶自定義的不可變對象（需正確實現 __hash__ 和 __eq__ 方法）。

• 禁止的類型：

  • 可變類型：list, dict, set
  • 包含可變元素的 tuple（例如 (1, [2, 3])）。

• 示例：

  from collections import defaultdict# 合法鍵
  d = defaultdict(int)
  d["apple"] = 10       # 字符串作為鍵 ?
  d[123] = 20          # 整數作為鍵 ?
  d[(1, 2)] = 30       # 不可變元組作為鍵 ?# 非法鍵（會拋出 TypeError）
  d[[1, 2]] = 40       # 列表不可哈希 ?
  d[{"a": 1}] = 50     # 字典不可哈希 ?
  

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2. 值（Value）的類型

• 規則：值可以是 任意類型，包括可變對象。

• 允許的類型：

  • 基本類型（int, float, str 等）
  • 可變容器（list, dict, set）
  • 自定義對象、函數、類實例等。

• 示例：

  from collections import defaultdict# 值可以是列表（可變）
  d_list = defaultdict(list)
  d_list["fruits"].append("apple")# 值可以是字典（可變）
  d_dict = defaultdict(dict)
  d_dict["data"]["count"] = 10# 值可以是自定義對象
  class MyClass:passd_obj = defaultdict(MyClass)
  obj = d_obj["instance"]  # 自動生成一個 MyClass 實例
  

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3. default_factory 的返回值

default_factory 是一個可調用對象（如 list, int 或自定義函數），它決定了 當鍵不存在時，默認值的類型。例如：

• defaultdict(list)：默認值是一個空列表（[]）。
• defaultdict(int)：默認值是 0。
• defaultdict(lambda: "unknown")：默認值是字符串 "unknown"。

值的類型完全由 default_factory 決定，與鍵的類型無關。

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4. 嵌套 defaultdict 的鍵值

可以創建多層嵌套的 defaultdict，鍵的規則依然適用：

from collections import defaultdict# 嵌套 defaultdict（值類型是另一個 defaultdict）
nested = defaultdict(lambda: defaultdict(int))# 合法操作
nested["fruit"]["apple"] += 1      # 鍵為 "fruit"（字符串）和 "apple"（字符串）
nested[123][(4, 5)] = 2           # 鍵為 123（整數）和 (4, 5)（不可變元組）# 非法操作（內層鍵非法）
nested["data"][[1, 2]] = 3        # 內層鍵為列表，不可哈希 ?

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5. 鍵和值的可變性總結

特性	鍵（Key）	值（Value）
類型限制	必須不可變且可哈希	可以是任意類型
可變性	不可變	可以可變
示例	int, str, tuple	list, dict, 自定義對象

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常見問題解答

Q1：可以用 list 作為鍵嗎？

• 否。列表是可變類型，不可哈希。若需用類似列表的結構作為鍵，可以轉換為不可變的 tuple。

Q2：可以用 defaultdict 作為鍵嗎？

• 否。defaultdict 是可變對象，不可哈希。只有不可變類型（如 frozenset）可以作為鍵。

Q3：值可以是函數或類嗎？

• 是。例如：

  d = defaultdict(type)  # 默認值是類對象
  d["my_class"] = MyClass
  

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總結

• 鍵：必須為不可變且可哈希的類型（如 str, int, tuple）。
• 值：可以是任意類型（包括可變對象），具體由 default_factory 決定。
• 嵌套結構：可以自由嵌套 defaultdict，但需確保每一層的鍵合法。