Python 編程．圖表

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用 Python 把英文字母轉換成數字？ord() 和 chr() 的教學

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最近面試的時候遇到一個頗容易，但我卻一時三刻不能解答的問題，就是在 Python 裡如何把英文字母以數字的形式表達？

譬如說我們有像 Excel 試算表的數據，以英文字母代表列（Column）： {'A1': 10, 'B1': 30, 'C3': 20}。我們如何把 A1 轉換成 (1, 1)，B1 轉換成 (2, 1) 等座標，方便我們使用數字索引（index）？

ASCII 與英文字母

如果您曾經學習過一些編程，或者會聽說過 ASCII （美國資訊交換標準代碼）這一個概念。簡單來說，ASCII 是一個國際認受的字元（character）索引（index）。

上圖顯示 ASCII 索引表的某些數值。留意左邊的數值（46-109）是一個索引（index），而右邊是該索引所指的符號/字元。

比方說，在 ASCII 索引表的第 63 個符號是「？」。

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我們注意到 ASCII 索引表的第 65 個符號是大寫「A」，而第 97 個符號是小寫「a」。而其他英文字母則以順序排列在 66-90 （大寫）和 98-122（小寫）。

因此，我們只需要在 ASCII 表找到將所需的英文字母，例如「p」，便可以把所有英文字母以數字形式排列。

ord()：英文字母到數字


print('a 的 ASCII 索引是', ord('a'))
print('A 的 ASCII 索引是', ord('A'))

註：先按一下綠色按鈕 “Run” 執行代碼，讓您能在 IPython Shell 看到編程結果！

要達到上面提及的要求，在 Python 裡，我們可以使用內置的功能 ord() 獲取一個單字的 ASCII 索引。

如上面所示，我們輸入 ord('a') 以後，會輸出 97，即英文字母 a 的 ASCII 索引。

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留意 ‘a’ （小寫）和 ‘A’ （大寫）的 ASCII 索引不同，因此我們在處理大小寫時需要小心。

如果我們需要找到一串英文字母的 ASCII 索引，該如何辦？

多於一個英文字母的 ord()


my_str = 'PythonViz'
[x + ' 的 ASCII 代碼是 ' + str(ord(x)) for x in my_str]

註：先按一下綠色按鈕 “Run” 執行代碼，讓您能在 IPython Shell 看到編程結果！

我們當然使用 Python 的好朋友 List Comprehension （按此了解更多）去處理這個情況。如上圖所示，我們可以直接使用 ord(x) for x in my_str 的語法，揉合 List Comprehension 去獲取多個英文字母的 ASCII 索引。

把英文字母排序

回到我們原本的問題：如何知道英文字母的排列（如 A -> 1, B -> 2 …）？

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我們最終希望寫出一個 Python 功能。這裡我們先做一些假設：

大寫小寫不重要：英文字母 “P” 和 “p” 的排序是一樣
英文字母從 1 開始：A 代表 1，B 代表 2，如此類推
輸入只有 1 個字母：如輸入 “ab”，程式會顯示錯誤
輸入不是字母時：如輸入 “1”，程式會顯示錯誤


def alphabet_index(alphabet:str):
  if len(alphabet) > 1:
    raise NotImplementedError('請輸入 1 個單字的英文字母')
  elif alphabet.isupper():
    return ord(alphabet) - ord('A') + 1
  elif alphabet.islower():
    return ord(alphabet) - ord('a') + 1
  else:
    raise NotImplementedError('"' + alphabet + '" 並不是英文字母')

# 現在我們試一下不同情況的回傳
for x in ['a','B','1','abcd']:
  try:
    print('輸入:', x, '\n輸出:', alphabet_index(x),'\n')
  except Exception as e:
    print('輸入:', x, '\n輸出:', e,'\n')

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我們在上面編寫了一個簡單的 Python 功能 alphabet_index() 處理我們上述的要求。這個編程的結構如下：

if len(alphabet) > 1: 如果我們輸入多於一個字元（例如 ‘abcd’），要求用家改為輸入單一英文字母
elif alphabet.isupper(): 如果用家輸入一個大寫英文字母，回傳這個字母與 “A” 的 ASCII 位置分別
elif alphabet.islower(): 如果用家輸入一個大寫英文字母，回傳這個字母與 “a” 的 ASCII 位置分別
else: 如果用家不是輸入一個英文字母，要求用家改為輸入單一英文字母

在我們的輸出可見我們成功回傳 “B” 為 2，並正確地要求用家重新輸入 “1” 和 “abcd”。

將 A1，B2 等換成座標

最後一個 ord() 功能的是把 A1、B2 格式的座標轉換成 (1,1)、(2,2) 的格式，方便我們使用數字索引進行計算。

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如上圖所示，假如我們使用一個字典（dictionary）儲存這個座標的資料，會是 {'A1': 10, 'B2': 12, 'C4': 15, 'D2': 11}。我們能否把座標變成 (1,1) 的格式？


coordinates = {'A1': 10, 'B2': 12, 'C4': 15, 'D2': 11}
{(ord(k[0])-ord('A')+1,int(k[1])): v for k, v in coordinates.items()}

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我們可以直接使用 ord(k[0]) - ord('A') + 1 把存於字典的座標 ‘A’ 轉換成 1，‘B’ 轉換成 2 等等。如果我們想在輸出前進一步核實座標，可以考慮重用我們剛才的 alphabet_index() 自訂功能：


def alphabet_index(alphabet:str):
  if len(alphabet) > 1:
    raise NotImplementedError('請輸入 1 個單字的英文字母')
  elif alphabet.isupper():
    return ord(alphabet) - ord('A') + 1
  elif alphabet.islower():
    return ord(alphabet) - ord('a') + 1
  else:
    raise NotImplementedError('"' + alphabet + '" 並不是英文字母')

coordinates = {'A1': 10, 'b2': 12, 'C4': 15, 'd2': 11}
print({(alphabet_index(k[0]),int(k[1])): v for k, v in coordinates.items()})

coordinates = {'A1': 10, '#2': 12, 'C4': 15, 'd2': 11}
print({(alphabet_index(k[0]),int(k[1])): v for k, v in coordinates.items()})

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留意我們把 “B” 和 “D” 換成小寫亦能回傳正確的座標。而假如我們輸入了無效的座標（例如 “#1″），亦會回傳錯誤（Error）。

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chr()：數字到英文字母

學會了 ord() 這一個功能後，chr() 就只不過是還原 ord() 的動作而已。簡單來說，chr() 是將 ASCII 索引（index）轉換成 ASCII 字元（character）的功能。


{x: chr(x) for x in [65,90,97,122]}

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留意上圖顯示，如果我們輸入 chr(65) 會回傳 ‘a’。這符合我們文初的 ASCII 索引表裡，以 ASCII 65 代表小寫 ‘a’ 的。而英文字母的 ASCII 表索引是從 65 至 90 和 97 至 122 的。

參考上面的 alphabet_index() 功能，我們也可以寫出類似的的「索引至英文字母」功能。我們先一起看看以下例子：


def indexToAlphabet(ind: int, upperCase: bool = False):
  if ind < 1 or ind > 26:
    raise NotImplementedError('請輸入 1 至 26 之間的整數')
  if upperCase:
    return chr(ord('A') + ind - 1)
  else:
    return chr(ord('a') + ind - 1)

# 現在我們試一下不同情況的回傳
for x in [(1, False), (1, True), (17, True), (27, False)]:
  try:
    print('輸入:', x, '\n輸出:', indexToAlphabet(x[0],x[1]),'\n')
  except Exception as e:
    print('輸入:', x, '\n輸出:', e,'\n')

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這個 indexToAlphabet 有 2 個輸入：索引（例如我們輸入 1 會見到 ‘a’ 或 ‘A’）和大寫（如果輸入 True 會見到 ‘A’）。