Python集合

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Python 中的集合，和数学中的集合概念一样，用来保存不重复的元素，即集合中的元素都是唯一的，互不相同。

从形式上看，和字典类似，Python 集合会将所有元素放在一对大括号{}中，相邻元素之间用,分隔：

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{element1,element2,...,elementn}

其中，elementn表示集合中的元素，个数没有限制。

从内容上看，同一集合中，只能存储不可变的数据类型，包括整形、浮点型、字符串、元组，无法存储列表、字典、集合这些可变的数据类型，否则 Python 解释器会抛出TypeError错误。

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>>> {{'a':1}}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#8>", line 1, in <module>
    {{'a':1}}
TypeError: unhashable type: 'dict'
>>> {[1,2,3]}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#9>", line 1, in <module>
    {[1,2,3]}
TypeError: unhashable type: 'list'
>>> {{1,2,3}}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#10>", line 1, in <module>
    {{1,2,3}}
TypeError: unhashable type: 'set'

并且需要注意的是，数据必须保证是唯一的，因为集合对于每种数据元素，只会保留一份。

由于 Python 中的集合是无序的，所以每次输出时元素的排序顺序可能都不相同。

Python 中有两种集合类型，一种是set类型的集合，另一种是frozenset类型的集合，它们唯一的区别是，set类型集合可以做添加、删除元素的操作，而forzenset类型集合不行。

创建集合

Python 提供了 2 种创建集合的方法，分别是使用{}创建和使用set()函数将列表、元组等类型数据转换为集合。

使用 {} 创建

创建set集合可以像列表、元素和字典一样，直接将集合赋值给变量：

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setname = {element1,element2,...,elementn}

其中，setname表示集合的名称。

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a = {1,'c',1,(1,2,3),'c'}
print(a) # {1, 'c', (1, 2, 3)}

set()函数创建集合

set()函数为内置函数，其功能是将字符串、列表、元组、range对象等可迭代对象转换成集合。

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setname = set(iteration)

其中，iteration就表示字符串、列表、元组、range对象等数据。

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set1 = set("hello")
set2 = set([1,2,3,4,5])
set3 = set((1,2,3,4,5))
print("set1:", set1) # set1: {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}
print("set2:", set2) # set2: {1, 2, 3, 4, 5}
print("set3:", set3) # set3: {1, 2, 3, 4, 5}

注意，如果要创建空集合，只能使用set()函数实现。因为直接使用一对{}，Python 解释器会将其视为一个空字典。

访问集合元素

由于集合中的元素是无序的，因此无法向列表那样使用下标访问元素。Python 中，访问集合元素最常用的方法是使用循环结构，将集合中的数据逐一读取出来。

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a = {1, 'c', 1, (1,2,3), 'c'}
for ele in a:
  print(ele,end=' ')

运行结果为：

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1 c (1, 2, 3)

删除集合

删除集合类型可以使用del()语句：

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a = {1, 'c', 1, (1,2,3), 'c'}
print(a)
del(a)
print(a)

运行结果为：

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{1, 'c', (1, 2, 3)}
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\mengma\Desktop\1.py", line 4, in <module>
    print(a)
NameError: name 'a' is not defined

向集合中添加元素

set集合中添加元素，可以使用set类型提供的add()方法实现：

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setname.add(element)

其中，setname表示要添加元素的集合，element表示要添加的元素内容。

需要注意的是，使用add()方法添加的元素，只能是数字、字符串、元组或者布尔类型（True和False）值，不能添加列表、字典、集合这类可变的数据，否则 Python 解释器会报TypeError错误。

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a = {1, 2, 3}
a.add((1,2))
print(a)
a.add([1,2])
print(a)

运行结果为：

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{(1, 2), 1, 2, 3}
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\mengma\Desktop\1.py", line 4, in <module>
    a.add([1,2])
TypeError: unhashable type: 'list'

从集合中删除元素

删除现有set集合中的指定元素，可以使用remove()方法：

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setname.remove(element)

使用此方法删除集合中元素，需要注意的是，如果被删除元素本就不包含在集合中，则此方法会抛出KeyError错误：

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a = {1, 2, 3}
a.remove(1)
print(a)
a.remove(1)
print(a)

运行结果为：

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{2, 3}
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\mengma\Desktop\1.py", line 4, in <module>
    a.remove(1)
KeyError: 1

上面程序中，由于集合中的元素 1 已被删除，因此当再次尝试使用remove()方法删除时，会引发KeyError错误。

如果我们不想在删除失败时令解释器提示KeyError错误，还可以使用discard()方法，此方法和remove()方法的用法完全相同，唯一的区别就是，当删除集合中元素失败时，此方法不会抛出任何错误。

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a = {1, 2, 3}
a.remove(1)
print(a)
a.discard(1)
print(a)

运行结果为：

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{2, 3}
{2, 3}

集合做交集、并集、差集运算

有 2 个集合，分别为set1={1, 2, 3}和set2={3, 4, 5}。以这两个集合为例，分别做不同运算的结果如表。

运算操作 Python运算符 含义 例子
交集 & 取两集合公共的元素 set1 & set2
{3}
并集 ` ` 取两集合全部的元素
差集 - 取一个集合中另一集合没有的元素 set1 - set2
{1,2}
set2 - set1
{4,5}
对称差集 ^ 取集合 A 和 B 中不属于 A&B 的元素 set1 ^ set2
{1,2,4,5}

集合方法

方法名 语法格式 功能 实例
add() set1.add() 向 set1 集合中添加数字、字符串、元组或者布尔类型 set1 = {1,2,3}
set1.add((1,2))
set1
{(1, 2), 1, 2, 3}
clear() set1.clear() 清空 set1 集合中所有元素 set1 = {1,2,3}
set1.clear()
set1
set()
set()才表示空集合，{}表示的是空字典
copy() set2 = set1.copy() 拷贝 set1 集合给 set2 set1 = {1,2,3}
set2 = set1.copy()
set1.add(4)
set1 {1, 2, 3, 4}
set1 {1, 2, 3}
difference() set3 = set1.difference(set2) 将 set1 中有而 set2 没有的元素给 set3 set1 = {1,2,3} set2 = {3,4} set3 = set1.difference(set2) set3 {1, 2}
difference_update() set1.difference_update(set2) 从 set1 中删除与 set2 相同的元素 set1 = {1,2,3}
set2 = {3,4}
set1.difference_update(set2)
set1 {1, 2}
discard() set1.discard(elem) 删除 set1 中的 elem 元素 set1 = {1,2,3}
set1.discard(2)
set1 {1, 3}
set1.discard(4) {1, 3}
intersection() set3 = set1.intersection(set2) 取 set1 和 set2 的交集给 set3 set1 = {1,2,3}
set2 = {3,4}
set3 = set1.intersection(set2)
set3 {3}
intersection_update() set1.intersection_update(set2) 取 set1和 set2 的交集，并更新给 set1 set1 = {1,2,3} set2 = {3,4}
set1.intersection_update(set2)
set1 {3}
isdisjoint() set1.isdisjoint(set2) 判断 set1 和 set2 是否没有交集，有交集返回 False；没有交集返回 True set1 = {1,2,3} set2 = {3,4}
set1.isdisjoint(set2)
False
issubset() set1.issubset(set2) 判断 set1 是否是 set2 的子集 set1 = {1,2,3} set2 = {1,2}
set1.issubset(set2)
False
issuperset() set1.issuperset(set2) 判断 set2 是否是 set1 的子集 set1 = {1,2,3} set2 = {1,2}
set1.issuperset(set2)
True
pop() a = set1.pop() 取 set1 中一个元素，并赋值给 a set1 = {1,2,3}
a = set1.pop()
set1 {2,3} a 1
remove() set1.remove(elem) 移除 set1 中的 elem 元素 set1 = {1,2,3} set1.remove(2)
set1 {1, 3}
set1.remove(4)
symmetric_difference() set3 = set1.symmetric_difference(set2) 取 set1 和 set2 中互不相同的元素，给 set3 set1 = {1,2,3} set2 = {3,4}
set3 = set1.symmetric_difference(set2)
set3 {1, 2, 4}
symmetric_difference_update() set1.symmetric_difference_update(set2) 取 set1 和 set2 中互不相同的元素，并更新给 set1 set1 = {1,2,3} set2 = {3,4}
set1.symmetric_difference_update(set2)
set1 {1, 2, 4}
union() set3 = set1.union(set2) 取 set1 和 set2 的并集，赋给 set3 set1 = {1,2,3} set2 = {3,4}
set3=set1.union(set2)
set3 {1, 2, 3, 4}
update() set1.update(elem) 添加列表或集合中的元素到 set1 set1 = {1,2,3}
set1.update([3,4])
set1 {1,2,3,4}

frozenset集合

set集合是可变序列，程序可以改变序列中的元素；frozenset集合是不可变序列，程序不能改变序列中的元素。set集合中所有能改变集合本身的方法，比如remove()、discard()、add()等，frozenset都不支持；set集合中不改变集合本身的方法，fronzenset都支持。

我们可以在交互式编程环境中输入dir(frozenset)来查看frozenset集合支持的方法：

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>>> dir(frozenset)
['copy', 'difference', 'intersection', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'symmetric_difference', 'union']

frozenset集合的这些方法和set集合中同名方法的功能是一样的。

两种情况下可以使用fronzenset：

  • 当集合的元素不需要改变时，我们可以使用fronzenset替代set，这样更加安全。
  • 有时候程序要求必须是不可变对象，这个时候也要使用fronzenset替代set。比如，字典（dict）的键（key）就要求是不可变对象。
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s = {'Python', 'C', 'C++'}
fs = frozenset(['Java', 'Shell'])
s_sub = {'PHP', 'C#'}
#向set集合中添加frozenset
s.add(fs)
print('s =', s)
#向为set集合添加子set集合
s.add(s_sub)
print('s =', s)

运行结果：

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s = {'Python', frozenset({'Java', 'Shell'}), 'C', 'C++'}
Traceback (most recent call last):
    File "C:\Users\mozhiyan\Desktop\demo.py", line 11, in <module>
        s.add(s_sub)
TypeError: unhashable type: 'set'

需要注意的是，set集合本身的元素必须是不可变的，所以set的元素不能是set，只能是frozenset。第 5 行代码向set中添加frozenset是没问题的，因为frozenset是不可变的；但是，第 8 行代码中尝试向set中添加子set，这是不允许的，因为set是可变的。

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