(Python)-初學 Class-10 — 排序

(Python)-初學 Class-10 — 排序

依照預設或自訂的規則，實現 Python 中的資料排序

有時候我們需要對我們所擁有的資料進行排序，以便後續的查找以及使用。

和其他語言可能需要自己寫一個排序演算法不同，Python 提供了幾個便捷的函式供大家使用。在 Python 初學第六講 — 串列的更多操作當中，曾經簡單介紹過 lst.sort() 以及 sorted() 的使用。

為了避免初學者產生混淆，本篇將會以 sorted() 為主。

10-1 函式 sorted 的使用

讓我們從 sorted() 的用法開始吧！官方文件上面的使用方法介紹如下：

sorted(串列名稱, reverse=False, key=rule_fn)

sorted() 有三個參數，第一個參數是要排序的串列名稱，要注意的地方是，電腦無法判斷整數與字串之間的優先順序，因此，我們要用來排序的串列內容必須都是相同型態的元素。

第二個參數則是是否要反轉 reverse，預設是 False。簡單來說，假如今天我們要排序的是一個整數串列， reverse=False 的意思就是由小到大排，反之，當 reverse=True 時則代表這個串列要由大到小排。

而最後一個參數則是 key ，就是指我們所要用來排序的規則。當串列是一個數字串列時（意即元素型態皆為 int 或是 float 這類的數值型態），預設的規則就是依照數值大小進行排序；而當串列的元素都是字串 str 時，預設的規則是字母順序，也就是英文字典的排序規則。

reverse 以及 key 都不是必要的參數，再不設定的情況底下都會有內建的預設值，而是當有需要使用到時再設定即可。

除此之外需要注意的事情是， sorted() 這個函式會回傳一個經過排序以後的 list ，並不會改變那個 list 本身的值。因此，如果需要使用排序過後的串列，需要另外使用一個變數來接著這個回傳的有序串列。

串列、字典的排序

接下來來看幾個範例，以便更加了解 sorted() 這個 function 的使用方式。

一、整數串列排列

舉例來說，假如我們今天有一個 list 叫做 mylist ：

mylist = [11, 6, 3, 9, 2, 1]

我們直接來對 mylist 進行排序，並且排序以後印出，用以確認排序後的串列內容，程式碼如下：

Learn 1 :

mylist = [11, 6, 3, 9, 2, 1]

mylist = sorted(mylist)

print(mylist)

而執行結果如下：

[1, 2, 3, 6, 9, 11]

由此可見，在經過 sorted() 以後，我們得到了一個數字順序由小到大的新的串列。那麼，如果我們這時將 reverse 設為 True 呢？

Learn 2 :

mylist = [11, 6, 3, 9, 2, 1]

mylist = sorted(mylist, reverse=True)

print(mylist)

執行結果如下：

[11, 9, 6, 3, 2, 1]

從執行結果可以看出，當我們將 reverse 設為 True ，排序規則就會反過來，變成由大到小進行排序。

二、字串串列排序

再來看看字串排序的例子吧！假如我們今天有一個 list 叫做 movieList ：

Learn 3 :

movieList = ["The Shape of Water", "Moonlight", "Superman", "Birdman", "Argo", "Spotlight"]

print(movieList)

movieList = sorted(movieList)

print(movieList)

如果我們這時對其進行排序，則會得到如下的執行結果：

[‘The Shape of Water’, ‘Moonlight’, ‘Superman’, ‘Birdman’, ‘Argo’, ‘Spotlight’] [‘Argo’, ‘Birdman’, ‘Moonlight’, ‘Spotlight’, ‘Superman’, ‘The Shape of Water’]

從 A 開頭的 Argo 開始，依照字典順序 (A to Z) 依序往下排列，當第一個字母相同時，則會繼續往下比較，直到分出先後為止。而在 reverse=True 的情況底下，我們會得到完全相反的串列：

Learn 4 :

movieList = ["The Shape of Water", "Moonlight", "Superman", "Birdman", "Argo", "Spotlight"]

print(movieList)

movieList = sorted(movieList, reverse = True)

print(movieList)

[‘The Shape of Water’, ‘Moonlight’, ‘Superman’, ‘Birdman’, ‘Argo’, ‘Spotlight’] [‘The Shape of Water’, ‘Superman’, ‘Spotlight’, ‘Moonlight’, ‘Birdman’, ‘Argo’]

三、字典排序

除了串列以外， sorted() 也可以應用在字典的排序上面。字典裡的元素本身是無序的，只使用 key 值來作為 index 以便大家取用，但是有時在輸出或是運算時，我們會希望依照某個特定的順序來取用字典當中的內容。

舉例來說，有一個字典 dic ，內容如下：

Learn 5 :

dic = {"2017": "The Shape of Water", "2016": "Moonlight", "2014": "Birdman", "2015": "Spotlight"}

print(sorted(dic))

[‘2014’, ‘2015’, ‘2016’, ‘2017’]

結果會印出 [2014, 2015, 2016, 2017] 這樣的串列。由此可見，當我們直接對 dic 這個字典進行 sorted() ，我們所排序到的，只有這個字典所有的 key 值，而不是將 key 以及 value 一同下去排序，並且回傳。

那麼，如果我們想要一次將依照 key排序好的 key 以及 value 一同印出的話，可能就需要以 for 搭配 sorted() 去取值並且輸出了。

Learn 6 :

dic = {"2017": "The Shape of Water", "2016": "Moonlight", "2014": "Birdman", "2015": "Spotlight"}

for year in sorted(dic):

    print(year + ":" + dic[year])

2014:Birdman 2015:Spotlight 2016:Moonlight 2017:The Shape of Water

當然，還有其他對於字典可以指定排序內容的方法。

在 Python 初學第九講—字典 當中，曾經介紹過存取一個字典時，可以利用以下三個方法來取得不同的東西：

1. 存取字典當中的所有 key 值，會得到一個裝著所有 key 值的 list ：

dict_name.keys()

2. 存取字典當中的所有 value 值，會得到一個裝著所有 value 的 list ：

dict_name.values()

3. 存取字典當中的所有 key-value 元素，會得到一個裝著所有 key-value 元素的 list ，內容物皆為形式 (key, value) 的 tuple：

dict_name.items()

如果我們分別取得上面三種不同的內容，再進行排序的話，將會得到如下的結果：

Learn 7 :

dic = {"2017": "The Shape of Water", "2016": "Moonlight", "2014": "Birdman", "2015": "Spotlight"}

print(sorted(dic.keys()))

print(sorted(dic.values()))

print(sorted(dic.items()))

[‘2014’, ‘2015’, ‘2016’, ‘2017’] [‘Birdman’, ‘Moonlight’, ‘Spotlight’, ‘The Shape of Water’] [(‘2014’, ‘Birdman’), (‘2015’, ‘Spotlight’), (‘2016’, ‘Moonlight’), (‘2017’, ‘The Shape of Water’)]

很顯然地，當我們將 keys 以及 values 丟進 sorted() 時，就像是把字典當中的 key 或是 value 通通拿出來，丟進一個串列以後進行排序。

而當我們使用 items() 並對其進行排序時，等同於將字典當中的每個元素都拿出來，每一個 key 以及自己所對上的 value 會一起被放進一個tuple 以後，再用這個裝滿 tuple 的 list 進行排序。當我們需要進行 tuple 的排序， sorted會從每個 tuple 的第一個元素開始判斷，若相同才會繼續進行第二個元素的比較，因此我們所得到的結果就像是將這個字典當中的內容以 key 值進行排序。

那麼，如果我們想要得到和方才相似，但是是以 value 為依據進行排序的結果呢？我們留待下一節，自訂排序規則之後再來討論。

10-2 自訂排序規則串列

接下來我們要介紹的是，自訂排序規則。當我們今天想要對一個串列 / 字典進行排序，卻不想要使用 sorted() 預設的數值順序、字典順序來當成排序的方法而是自己想的規則時，我們就需要利用以下的方法。

一、串列自訂排序規則

如上所述， sorted() 的參數有 list name 、 reverse 、 key 三個不同的參數，前兩個已經簡單介紹過了，而最後的重頭戲就是 key 。

先舉個簡單的例子吧！假如今天我們想要排序一個字串串列，內容如下：

movieList = [“The Shape of Water”, “Moonlight”, “Superman”, “Birdman”, “Argo”, “Spotlight”]

這一次我們不想要依照名字字母順序排列，而是希望能得到一個依照字串長度排序的串列。這時候我們可能就會寫下如下的程式碼：

movieList = sorted(movieList, key=len)

利用 Python 內建的 len 來計算並回傳字串長度以後， sorted() 會接住每個回傳的長度整數，並且據此來對這個串列進行排序，因此執行結果如下：

Learn 8 :

movieList = ["The Shape of Water", "Moonlight", "Superman", "Birdman", "Argo", "Spotlight"]

movieList = sorted(movieList, key=len)

print(movieList)

[‘Argo’, ‘Birdman’, ‘Superman’, ‘Moonlight’, ‘Spotlight’, ‘The Shape of Water’]

我們得到了一個由小到大，依照字串長度進行排序的串列。在 sorted() 函數當中，我們會稱呼 key 後面的函數為 key function ，也就是排序依據的函數。當 sorted() 與 key function 搭配使用， sorted() 將會把所要排序的標的串列當中的元素一個一個丟進 key function 當中，然後得到和串列元素一樣多的回傳值，再根據這些回傳值，對原串列進行排序。

就像上面範例的 len 一樣：在 sorted() 當中，作為 len 參數的，是串列當中的元素，也就是字串，而不是整個串列；回傳的也都是單個元素的長度，而不是串列中所有元素的長度。

或許我們再舉個其他例子會比較容易理解：假如今天我們一樣想針對一個字串串列進行排序，但是排序的依據是不分大小寫，將字母 A 到 Z 轉換為 1 到 26 的數字以後，將整個字串的這些數字加總，由小到大進行排序。

那麼我們要做的，可能是先寫下如下的函式：

def word2num(s):

    total = 0

    for character in s.lower():

        total += ord(character) - 96

    return(total)

Note：”Cat” 丟進函式後回傳值為 3+1+20=24。

因為不分大小寫，所以我們將字串轉成全小寫字母，然後再結合 ASCII 的編碼系統，進行字母轉數字的轉換，並且加總。最後將這個字串所代表的數字回傳。

然後使用 sorted() 來對字串串列進行排序，並且將 key設為word2num，這時我們的程式碼可能如下：

Learn 9 :

def word2num(s):

    total = 0

    for character in s.lower():

        total += ord(character) - 96

    return(total)

mylist = ["pen", "pineapplepen", "pineapple", "applepen", "apple"]

print(sorted(mylist, key=word2num))

而執行結果如下：

[‘pen’, ‘apple’, ‘applepen’, ‘pineapple’, ‘pineapplepen’]

再次提醒， sorted() 自行設定 key function 以後，會根據此 function 的回傳值進行排序，而且此 function 的參數也只是串列當中的元素，而不是整個串列。在這個範例當中， function 的參數是一個字串，而不是整個字串串列。

二、字典自訂排序

上一節討論到字典的排序時，曾經提及如果直接將字典拿去排序、或是利用 items() 當作 sorted() 的目標串列時，將會以 key 的值進行排序。那麼，當我們想要依照 value 而非 key 值進行排列時，該怎麼做呢？

讓我們直接來看做法，再進行講解吧！

sorted(dic_name.items(), key = lambda d: d[1])

我們要排序的目標串列一樣是 items ，因為可以取得所有 key-value 的 tuple 。和方才不同的地方是是 key 後面的 key function ：這裡我們使用了一種十分特別的 function ，叫做 lambda function 。

lambda function是一種十分簡化的 function 定義方法，寫在 lambda 後面的 d 是這個 function 的參數，而在冒號 : 後方的則是這個function 的回傳值，在這裡是 d[1] ，意思即是當這個 key function 每次拿到一個 tuple 作為參數，就取出 index 為 1 的值回傳。

我們當然也可以寫成我們所熟悉的 def 宣告函式的方法，程式碼可能如下：

def dic_value(d): return d[1] sorted(dic.items(), key = dic_value)

執行結果完全相同

Learn 10 :

dic = {"2017": "The Shape of Water", "2016": "Moonlight", "2014": "Birdman", "2015": "Spotlight"}

print(sorted(dic.items(), key = lambda d: d[1]))

def dic_value(d):

    return d[1]

print(sorted(dic.items(), key = dic_value))

[(‘2014’, ‘Birdman’), (‘2016’, ‘Moonlight’), (‘2015’, ‘Spotlight’), (‘2017’, ‘The Shape of Water’)] [(‘2014’, ‘Birdman’), (‘2016’, ‘Moonlight’), (‘2015’, ‘Spotlight’), (‘2017’, ‘The Shape of Water’)]

至此，我們已經完成了基本的排序操作。

10-3 複數條件的排序

Python 內建的 sorted() 函式在遇到條件相同的兩筆資料時，會保留原先輸入的順序而不會進行更動。舉例來說，當我們今天想要排序的是一組字串串列，而且我們想要依照字串的長度進行排序。

那麼，如同前面相同的範例，我們可能會寫出如下的程式碼：

Learn 11 :

mylist = ["pen", "pineapple", "pineapple", "applepens", "apple"]

print(sorted(mylist, key = len))

而我們所得到的執行結果如下：

[‘pen’, ‘apple’, ‘pineapple’, ‘pineapple’, ‘applepens’]

可以看得出來，由於我們是依照字串長度進行排序，所以得到了一個字串由短到長排序的串列。但是， pineapple 和 applepens 兩個長度相同的字串卻是依照著輸入時的順序排列的，如果我們希望長度相同的字串應該要依照字母的順序進行排列，我們該怎麼做呢？

此時，我們最好的方法就是利用 sorted() 排序 tuple 時的規則，當函數 sorted() 要排序一個 tuple 串列時，會先判斷 tuple 當中第一個元素的優先順序，如果相同，會接著判斷下一個元素的優先順序，所以可能會寫出一個 key function 如下：

def multi_sort(s):

    return (len(s), s)

這個函式會回傳字串的長度以及字串本身，因此 sorted() 得到這個函式的回傳值以後，他會先比較字串的長度，若長度相同，會接著依照字母順序比較兩個字串。而執行結果如下：

Learn 12 :

def multi_sort(s):

    return (len(s), s)

mylist = ["pen", "pineapple", "pineapple", "applepens", "apple"]

print(sorted(mylist, key = multi_sort))

[‘pen’, ‘apple’, ‘applepens’, ‘pineapple’, ‘pineapple’]

和方才不同，即使 pineapple 和 applepens 兩個字串長度相同，他們仍然會依照字母順序進行排序。

如上所述，當我們今天要進行複數條件的排序，最好的方法就是運用 tuple 的性質，如此自然可以運用任意數量的條件來進行排序。

10-4 sorted() v.s. lst.sort()

最後，讓我們來簡單討論一下關於 sorted() 以及 lst.sort() 的不同吧！

就像曾經在第六講當中提及的， sorted() 函式是將目標串列當作參數，進行排序以後，回傳一個經過排序的串列；相反的， lst.sort() 則是必須透過目標串列本身進行呼叫，因此會直接對該串列排序，沒有回傳值，而是改變該串列本身。

或許透過例子會比較清楚地表達兩者的差異：首先，我們有一個字串串列叫做 mylist ，然後我們要對其進行排序。

當我們使用 sorted() 進行排序時，得到的執行結果如下：

Learn 13 :

mylist = ["pen", "pineapple", "pineapple", "applepens", "apple"]

print(sorted(mylist))

print(mylist)

[‘apple’, ‘applepens’, ‘pen’, ‘pineapple’, ‘pineapple’] [‘pen’, ‘pineapple’, ‘pineapple’, ‘applepens’, ‘apple’]

由此可見， sorted() 是有回傳值的，而且是將排序好的串列回傳，而且並不會改變原本串列的長相。 而當我們使用 lst.sort() 呢？執行結果如下：

Learn 14 :

mylist = ["pen", "pineapple", "pineapple", "applepens", "apple"]

print(mylist.sort())

print(mylist)

None [‘apple’, ‘applepens’, ‘pen’, ‘pineapple’, ‘pineapple’]

當我們想要將 lst.sort() 的回傳值印出時，得到 None ，意即沒有回傳值。而當我們印出此時的 mylist 時，得到了一個已經經過排序的串列。

至此，Python 排序的介紹已經告一段落，善用這些排序資料的方法，將會對於資料的處理更有想法，而且更加方便。

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