BenzHub | Python itertools 模組實用教學

Python 的 itertools 模組提供了一系列高效的迭代器工具，讓你在處理迴圈與組合運算時更加簡潔有力。無論是無限序列、排列組合，還是多個可迭代物件的串接，itertools 都能幫你輕鬆完成。

什麼是 itertools？

itertools 是 Python 標準函式庫中專門處理迭代操作的模組。它提供的函式都回傳迭代器（Iterator），不會一次產生所有結果，因此在處理大量資料時非常節省記憶體。使用前需要先匯入：

import itertools

無限迭代器：count、cycle、repeat

itertools 提供三個能產生無限序列的迭代器，使用時務必搭配中斷條件，避免無窮迴圈。

from itertools import count, cycle, repeat

# count(start, step) — 從 start 開始，每次加 step
for num in count(10, 3):
    if num > 20:
        break
    print(num, end=" ")
# 輸出：10 13 16 19

# cycle(iterable) — 無限循環可迭代物件
counter = 0
for item in cycle(["A", "B", "C"]):
    if counter >= 6:
        break
    print(item, end=" ")
    counter += 1
# 輸出：A B C A B C

# repeat(value, times) — 重複產生指定值
list(repeat("Hello", 3))
# 輸出：['Hello', 'Hello', 'Hello']

用 chain() 串接多個可迭代物件

chain() 可以將多個可迭代物件串成一個連續的迭代器，就像把多條鏈子接在一起：

from itertools import chain

list1 = [1, 2, 3]
list2 = ["a", "b"]
list3 = [True, False]

result = list(chain(list1, list2, list3))
print(result)
# 輸出：[1, 2, 3, 'a', 'b', True, False]

用 islice() 切片迭代器

一般的切片語法（如 [1:5]）無法用在迭代器上，islice() 可以解決這個問題：

from itertools import islice, count

# 從無限計數器中取出第 5 到第 9 個元素
result = list(islice(count(0), 5, 10))
print(result)
# 輸出：[5, 6, 7, 8, 9]

# 取前 5 個元素
result = list(islice(range(100), 5))
print(result)
# 輸出：[0, 1, 2, 3, 4]

排列組合工具

itertools 提供了三個處理排列組合的函式，在數學運算與資料分析中非常實用。

from itertools import product, permutations, combinations

# product() — 笛卡爾積（Cartesian Product）
result = list(product("AB", "12"))
print(result)
# 輸出：[('A', '1'), ('A', '2'), ('B', '1'), ('B', '2')]

# permutations() — 排列（順序有差）
result = list(permutations("ABC", 2))
print(result)
# 輸出：[('A', 'B'), ('A', 'C'), ('B', 'A'), ('B', 'C'), ('C', 'A'), ('C', 'B')]

# combinations() — 組合（順序無差）
result = list(combinations("ABC", 2))
print(result)
# 輸出：[('A', 'B'), ('A', 'C'), ('B', 'C')]

permutations() 在意順序，所以 ('A', 'B') 與 ('B', 'A') 是不同結果；combinations() 不在意順序，所以只會出現一次。

用 groupby() 分組資料

groupby() 可以將連續相同鍵值的元素分為一組。使用前需要先排序，否則相同的鍵值若不連續，會被分成多組：

from itertools import groupby

# 按成績等級分組
students = [
    ("小明", "A"), ("小華", "B"), ("小美", "A"),
    ("小強", "B"), ("小芳", "A")
]

# 先依等級排序
students.sort(key=lambda x: x[1])

for grade, group in groupby(students, key=lambda x: x[1]):
    names = [name for name, _ in group]
    print(f"{grade}: {names}")
# 輸出：
# A: ['小明', '小美', '小芳']
# B: ['小華', '小強']

實用範例：產生密碼組合

結合 itertools 的多個函式，可以輕鬆產生各種組合：

from itertools import product

# 產生所有 4 位數字密碼（示範前 5 組）
from itertools import islice

digits = "0123456789"
passwords = product(digits, repeat=4)
first_five = list(islice(passwords, 5))

for p in first_five:
    print("".join(p))
# 輸出：
# 0000
# 0001
# 0002
# 0003
# 0004

總結

itertools 模組是 Python 中處理迭代操作的強大工具箱。本文介紹了無限迭代器（count、cycle、repeat）、串接工具（chain）、切片工具（islice）、排列組合（product、permutations、combinations）以及分組工具（groupby）。善用這些工具，可以讓你的程式碼更簡潔、更有效率。希望這篇文章能幫助你在日常開發中活用 itertools 模組。

如果你想進一步了解迭代器的基本概念，請參考 Python 迭代器教學。

關於生成器的用法與應用，請閱讀 Python 生成器教學。

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