在 Python 的標準庫中，有一個非常有用的數據結構工具叫做 defaultdict。它是 collections 模塊的一部分，提供了一種特殊的字典類型，可以在訪問不存在的鍵時返回一個默認值。本文將介紹 defaultdict 的用法，包括其基本語法、常見用例。

1. 基本語法

defaultdict 類的構造函數與普通字典的構造函數類似，但需要傳入一個默認工廠函數作為參數。默認工廠函數用于在訪問不存在的鍵時返回一個默認值。以下是 defaultdict 的基本語法：

from collections import defaultdict

d = defaultdict(default_factory)

在上述代碼中，default_factory 是一個函數對象，用于定義默認值的生成規則。

2. 常見用例

a. 計數器

一個常見的用例是使用 defaultdict 實現計數器。假設我們有一個列表，想要統計每個元素出現的次數。可以使用 defaultdict 來簡化代碼：

from collections import defaultdict

counter = defaultdict(int)
data = [1, 2, 3, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 3, 2, 1]

for num in data:
   counter[num] += 1

print(counter)

輸出：

defaultdict(<class 'int'>, {1: 3, 2: 3, 3: 3, 4: 2, 5: 1})

解析：在上述代碼中，我們創建了一個 defaultdict 對象 counter，并將 int 函數作為默認工廠函數。在遍歷列表 data 時，我們對 counter[num] 進行自增操作，由于初始時 counter 中不存在鍵 num，defaultdict 會自動使用 int 函數生成一個默認值 0，然后執行自增操作。最終，我們得到了每個元素出現次數的統計結果。

b. 分組

另一個常見的用例是使用 defaultdict 進行分組。假設我們有一個包含學生姓名和對應班級的列表，想要按班級將學生分組。可以使用 defaultdict 來實現：

from collections import defaultdict

students = [('Alice', 'A'), ('Bob', 'B'), ('Charlie', 'A'), ('Dave', 'B')]

grouped_students = defaultdict(list)

for name, group in students:
   grouped_students[group].append(name)

print(grouped_students)

輸出：

defaultdict(<class 'list'>, {'A': ['Alice', 'Charlie'], 'B': ['Bob', 'Dave']})

解析：在上述代碼中，我們創建了一個 defaultdict 對象 grouped_students，并將 list 函數作為默認工廠函數。在遍歷學生列表 students 時，我們將每個學生的姓名 name 添加到對應班級 group 的列表中。由于初始時 grouped_students 中不存在鍵 group，defaultdict 會自動使用 list 函數生成一個空列表，然后將學生姓名添加到列表中。最終，我們得到了按班級分組的學生列表。

結論

defaultdict 是 Python 中一個非常實用的數據結構工具，可以在訪問不存在的鍵時返回一個默認值。通過使用 defaultdict，我們可以簡化代碼，提高效率，并且使代碼更加易讀。它特別適用于計數器和分組等常見場景。