第23天：正則表達式

課程簡介

正則表達式（Regular Expression，簡稱 Regex）是一種用於字串模式匹配和處理的工具。它在處理文字時非常強大，可以用來搜尋、替換、或驗證特定的字串模式。Python 提供了內建的 re 模組來支持正則表達式操作。在今天的課程中，我們將學習正則表達式的基本語法和常見的應用場景。

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學習內容

1. re 模組的基本操作

在 Python 中，re 模組提供了多種用於正則表達式的函數：

• re.search()：搜尋與正則表達式匹配的第一個結果。
• re.findall()：找出所有匹配的結果。
• re.match()：檢查字串開頭是否符合正則表達式。
• re.sub()：替換符合條件的字串。

範例：

import re

# 搜尋字串中是否有 "cat"
result = re.search(r'cat', 'I have a cat.')
if result:
    print("找到匹配")

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2. 基本正則表達式語法

2.1 字符匹配

• .：匹配任意單一字符。
• []：匹配括號內任意字符。例如，[a-z] 匹配小寫字母，[0-9] 匹配數字。
• ^：匹配字串的開頭。例如，^Hello 匹配以 “Hello” 開頭的字串。
• $：匹配字串的結尾。例如，end$ 匹配以 “end” 結尾的字串。
• \：用來轉義特殊字符。

範例：

result = re.search(r'[0-9]', 'I have 2 cats')
if result:
    print("找到數字")

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2.2 重複匹配

• *：匹配前面的字符零次或多次。例如，a* 匹配零個或多個 a。
• +：匹配前面的字符一次或多次。例如，a+ 匹配至少一個 a。
• ?：匹配前面的字符零次或一次。例如，a? 匹配零個或一個 a。
• {n}：匹配前面的字符恰好 n 次。例如，a{3} 匹配三個 a。
• {n,m}：匹配前面的字符至少 n 次，最多 m 次。

範例：

# 匹配至少一個數字
result = re.search(r'\d+', 'Order number is 12345')
if result:
    print("找到數字:", result.group())

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2.3 分組與選擇

• |：表示 “或” 的關係。例如，cat|dog 匹配 “cat” 或 “dog”。
• ()：用來分組。例如，(ab)+ 匹配 “ab” 的一次或多次出現。

範例：

result = re.search(r'(cat|dog)', 'I have a dog.')
if result:
    print("找到動物:", result.group())

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3. 常見應用場景

3.1 驗證 Email 地址

正則表達式可以用來驗證 Email 格式是否正確。

範例：

email = 'test@example.com'
pattern = r'^[a-zA-Z0-9_.+-]+@[a-zA-Z0-9-]+\.[a-zA-Z0-9-.]+$'
if re.match(pattern, email):
    print("有效的 Email")
else:
    print("無效的 Email")

3.2 搜尋電話號碼

使用正則表達式可以從字串中提取電話號碼。

範例：

text = 'My phone number is 123-456-7890.'
pattern = r'\d{3}-\d{3}-\d{4}'
phone = re.search(pattern, text)
if phone:
    print("找到電話號碼:", phone.group())

3.3 字串替換

可以使用 re.sub() 將字串中的特定部分替換為其他內容。

範例：

text = 'I love cats. Cats are great.'
new_text = re.sub(r'cat', 'dog', text, flags=re.I)
print(new_text)  # 輸出: 'I love dogs. Dogs are great.'

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4. 常用標誌（Flags）

• re.IGNORECASE 或 re.I：忽略大小寫。
• re.MULTILINE 或 re.M：多行模式，^ 和 $ 匹配每一行的開頭和結尾。
• re.DOTALL 或 re.S：讓 . 匹配換行符。

範例：

result = re.search(r'cat', 'I love CATs', flags=re.I)
if result:
    print("忽略大小寫匹配")

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教學重點

• 正則表達式的基本語法：理解如何使用字符匹配、重複匹配及分組來進行模式匹配。
• re 模組的基本操作：學會使用 search()、match()、findall() 和 sub() 等函數來處理字串。
• 正則表達式的應用場景：能夠使用正則表達式進行資料驗證、搜尋和替換。
• 常用標誌：了解如何使用 IGNORECASE、MULTILINE 等標誌來調整匹配行為。

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任務

1. 使用正則表達式匹配一個 Email 地址，並驗證其格式是否正確。
2. 編寫一個程式，使用正則表達式從一段文字中提取所有的電話號碼。
3. 使用 re.sub() 將一段文字中的所有 “Python” 替換成 “Java”。
4. 使用正則表達式匹配字串中的所有大寫字母，並將其轉換為小寫。