Python必備技巧之集合Set的使用

2022-03-24 16:00:11

在數學中，對集合的嚴格定義可能是抽象的且難以掌握。但實際上可以將集合簡單地認為是定義明確的不同物件的集合，通常稱為元素或成員。

Python 提供了一個內建的集合型別來將物件分組到一個集合中。集合與其他物件型別的區別在於可以對執行的獨特操作。

定義一個集合

集合是無序的，並且元素是唯一的，集合本身可以修改，但集合中包含的元素必須是不可變型別。

構建集合的方式

# 構建的set資料會自動進行去重
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'}
# 字串方式
>>> s = 'quux'
>>> list(s)
['q', 'u', 'u', 'x']
>>> set(s)
{'x', 'u', 'q'}

集合元素set後自動排序並且元素必須是不可變的。

>>> 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'

集合的大小和成員資格

方法 len() 、in 、 not in 的應用。

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

集合的9種操作

計算集合並集

# 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'}

# 更多的集合並集操作
>>> 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}

計算集合交集

# 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}

計算集合之間差異

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

# 更多的集合差異操作
>>> 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}

計算集合間對稱差

# 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'}

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

計算後集閤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，那麼x1 & x2是空集
>>> x1 = {1, 3, 5}
>>> x2 = {2, 4, 6}
>>> x1.isdisjoint(x2)
True
>>> x1 & x2
set()

計算一個集合是否是另一個集合的子集

# x1.issubset(x2)
# x1 <= x2
>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1.issubset({'foo', 'bar', 'baz', 'qux', 'quux'})
True
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1 <= x2
False
# 一個集合被認為是它自身的一個子集
>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x.issubset(x)
True
>>> x <= x
True

計算一個集合是否是另一個集合的真子集

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

計算一個集合是否是另一個集合的超集

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

# 集合被認為是本身的一個子集，預設為自身超集
>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x.issuperset(x)
True
>>> x >= x
True

計算一個集合是否是另一個集合的正確超集

# 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確超集
>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x > x
False

集合的9種修改

儘管集合中包含的元素必須是不可變型別，但集合本身可以修改。

update計算並集

# 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 計算交集

# 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 按差異修改被處理集合

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

symmetric_difference_update 按對稱差修改被處理集合

# 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 元素新增到集合中

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

remove 集合中移除一個元素

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x.remove('baz')
>>> x
{'bar', 'foo'}
# 如果元素步存在則引發異常
>>> x.remove('qux')
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#58>", line 1, in <module>
    x.remove('qux')
KeyError: 'qux'

discard 集合中移除一個元素

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

pop 集合中移除一個隨機元素

>>> 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()

被凍結集合

freezeset 為 Python的內建型別，不可變、不可操作。

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

嘗試修改 freezeset 的方法會失敗

>>> 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'})

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