Python基础必备技巧之集合Set

在数学中，对集合的严格定义可能是抽象的且难以掌握。但实际上可以将集合简单地认为是定义明确的不同对象的集合，通常称为元素或成员。

Python 提供了一个内置的集合类型来将对象分组到一个集合中。集合与其他对象类型的区别在于可以对执行的独特操作。

定义一个集合

集合是无序的，并且元素是唯一的，集合本身可以修改，但集合中包含的元素必须是不可变类型。

构建集合的方式

# 构建的set数据会自动进行去重
x = set(<iter>)
# list方式
>>> x = set(['foo', 'bar', 'baz', 'foo', 'qux'])
>>> x
{
    
    'qux', 'foo', 'bar', 'baz'}
# tuple方式
>>> x = set(('foo', 'bar', 'baz', 'foo', 'qux'))
>>> x
{
    
    'qux', 'foo', 'bar', 'baz'}
# 字符串方式
>>> s = 'quux'
>>> list(s)
['q', 'u', 'u', 'x']
>>> set(s)
{
    
    'x', 'u', 'q'}

集合元素set后自动排序并且元素必须是不可变的。

>>> x = {
    
    42, 'foo', (1, 2, 3), 3.14159}
>>> x
{
    
    42, 'foo', 3.14159, (1, 2, 3)}
# list和dict不能被set
>>> a = [1, 2, 3]
>>> {
    
    a}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#70>", line 1, in <module>
    {
    
    a}
TypeError: unhashable type: 'list'

>>> d = {
    
    'a': 1, 'b': 2}
>>> {
    
    d}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#72>", line 1, in <module>
    {
    
    d}
TypeError: unhashable type: 'dict'

集合的大小和成员资格

方法 len() 、in 、 not in 的应用。

>>> x = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> len(x)
3
>>> 'bar' in x
True
>>> 'qux' in x
False

集合的9种操作

计算集合并集

# x1.union(x2[, x3 ...])
# x1 | x2 [| x3 ...]
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1 | x2
{
    
    'baz', 'quux', 'qux', 'bar', 'foo'}
>>> x1.union(x2)
{
    
    'baz', 'quux', 'qux', 'bar', 'foo'}

# 更多的集合并集操作
>>> a = {
    
    1, 2, 3, 4}
>>> b = {
    
    2, 3, 4, 5}
>>> c = {
    
    3, 4, 5, 6}
>>> d = {
    
    4, 5, 6, 7}
>>> a.union(b, c, d)
{
    
    1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
>>> a | b | c | d
{
    
    1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

计算集合交集

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# x1.intersection(x2[, x3 ...])
# x1 & x2 [& x3 ...]
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1.intersection(x2)
{
    
    'baz'}
>>> x1 & x2
{
    
    'baz'}

# 更多的集合交集操作
>>> a = {
    
    1, 2, 3, 4}
>>> b = {
    
    2, 3, 4, 5}
>>> c = {
    
    3, 4, 5, 6}
>>> d = {
    
    4, 5, 6, 7}
>>> a.intersection(b, c, d)
{
    
    4}
>>> a & b & c & d
{
    
    4}

计算集合之间差异

# x1.difference(x2[, x3 ...])
# x1 - x2 [- x3 ...]
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1.difference(x2)
{
    
    'foo', 'bar'}
>>> x1 - x2
{
    
    'foo', 'bar'}

# 更多的集合差异操作
>>> a = {
    
    1, 2, 3, 30, 300}
>>> b = {
    
    10, 20, 30, 40}
>>> c = {
    
    100, 200, 300, 400}
>>> a.difference(b, c)
{
    
    1, 2, 3}
>>> a - b - c
{
    
    1, 2, 3}

计算集合间对称差

# x1.symmetric_difference(x2)
# x1 ^ x2 [^ x3 ...]
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1.symmetric_difference(x2)
{
    
    'foo', 'qux', 'quux', 'bar'}
>>> x1 ^ x2
{
    
    'foo', 'qux', 'quux', 'bar'}

# 更多的集合对称差操作
>>> a = {
    
    1, 2, 3, 4, 5}
>>> b = {
    
    10, 2, 3, 4, 50}
>>> c = {
    
    1, 50, 100}
>>> a ^ b ^ c
{
    
    100, 5, 10}

计算后集合中是否有包含前集合的元素

# x1.isdisjoint(x2)
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1.isdisjoint(x2)
False
>>> x2 - {
    
    'baz'}
{
    
    'quux', 'qux'}
>>> x1.isdisjoint(x2 - {
    
    'baz'})
True

# x1.isdisjoint(x2)是True，那么x1 & x2是空集
>>> x1 = {
    
    1, 3, 5}
>>> x2 = {
    
    2, 4, 6}
>>> x1.isdisjoint(x2)
True
>>> x1 & x2
set()

计算一个集合是否是另一个集合的子集

# x1.issubset(x2)
# x1 <= x2
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1.issubset({
    
    'foo', 'bar', 'baz', 'qux', 'quux'})
True
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1 <= x2
False
# 一个集合被认为是它自身的一个子集
>>> x = {
    
    1, 2, 3, 4, 5}
>>> x.issubset(x)
True
>>> x <= x
True

计算一个集合是否是另一个集合的真子集

# x1 < x2
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1 < x2
True
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1 < x2
False
# 子集与真子集的判断
>>> x = {
    
    1, 2, 3, 4, 5}
>>> x <= x
True
>>> x < x
False

计算一个集合是否是另一个集合的超集

# x1.issuperset(x2)
# x1 >= x2
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1.issuperset({
    
    'foo', 'bar'})
True
>>> x2 = {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1 >= x2
False

# 集合被认为是本身的一个子集，默认为自身超集
>>> x = {
    
    1, 2, 3, 4, 5}
>>> x.issuperset(x)
True
>>> x >= x
True

计算一个集合是否是另一个集合的正确超集

# x1 > x2
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'bar'}
>>> x1 > x2
True
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1 > x2
False
# 集合不是其自身的正确超集
>>> x = {
    
    1, 2, 3, 4, 5}
>>> x > x
False

集合的9种修改

尽管集合中包含的元素必须是不可变类型，但集合本身可以修改。

update计算并集

# x1.update(x2[, x3 ...])
# x1 |= x2 [| x3 ...]
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'baz', 'qux'}
>>> x1 |= x2
>>> x1
{
    
    'qux', 'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1.update(['corge', 'garply'])
>>> x1
{
    
    'qux', 'corge', 'garply', 'foo', 'bar', 'baz'}

intersection_update 计算交集

# x1.intersection_update(x2[, x3 ...])
# x1 &= x2 [& x3 ...]
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'baz', 'qux'}
>>> x1 &= x2
>>> x1
{
    
    'foo', 'baz'}
>>> x1.intersection_update(['baz', 'qux'])
>>> x1
{
    
    'baz'}

difference_update 按差异修改被处理集合

>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'baz', 'qux'}
>>> x1 -= x2
>>> x1
{
    
    'bar'}
>>> x1.difference_update(['foo', 'bar', 'qux'])
>>> x1
set()

symmetric_difference_update 按对称差修改被处理集合

# x1.symmetric_difference_update(x2)
# x1 ^= x2
>>> x1 = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {
    
    'foo', 'baz', 'qux'}
>>> x1 ^= x2
>>> x1
{
    
    'bar', 'qux'}
>>> 
>>> x1.symmetric_difference_update(['qux', 'corge'])
>>> x1
{
    
    'bar', 'corge'}

add 元素添加到集合中

>>> x = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x.add('qux')
>>> x
{
    
    'bar', 'baz', 'foo', 'qux'}

remove 集合中移除一个元素

>>> x = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x.remove('baz')
>>> x
{
    
    'bar', 'foo'}
# 如果元素步存在则引发异常
>>> x.remove('qux')
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#58>", line 1, in <module>
    x.remove('qux')
KeyError: 'qux'

discard 集合中移除一个元素

>>> x = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x.discard('baz')
>>> x
{
    
    'bar', 'foo'}
>>> x.discard('qux')
>>> x
{
    
    'bar', 'foo'}

pop 集合中移除一个随机元素

>>> x = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x.pop()
'bar'
>>> x
{
    
    'baz', 'foo'}
>>> x.pop()
'baz'
>>> x
{
    
    'foo'}
>>> x.pop()
'foo'
>>> x
set()
>>> x.pop()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#82>", line 1, in <module>
    x.pop()
KeyError: 'pop from an empty set'

clear 清空集合

>>> x = {
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x
{
    
    'foo', 'bar', 'baz'}
>>> 
>>> x.clear()
>>> x
set()

被冻结集合

freezeset 为 Python的内置类型，不可变、不可操作。

>>> x = frozenset(['foo', 'bar', 'baz'])
>>> x
frozenset({
    
    'foo', 'baz', 'bar'})
>>> len(x)
3
>>> x & {
    
    'baz', 'qux', 'quux'}
frozenset({
    
    'baz'})

尝试修改 freezeset 的方法会失败

>>> x = frozenset(['foo', 'bar', 'baz'])
>>> x.add('qux')
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#127>", line 1, in <module>
    x.add('qux')
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'add'
>>> x.pop()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#129>", line 1, in <module>
    x.pop()
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'pop'
>>> x.clear()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#131>", line 1, in <module>
    x.clear()
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'clear'
>>> x
frozenset({
    
    'foo', 'bar', 'baz'})