Python学习第九天 集合

本篇内容来自Python-100-Days[1]

集合

集合(set),又一种,容器型的数据类型。通常我们对集合的定义是“把一定范围的、确定的、可以区别的事物当作一个整体来看待”,集合中的各个事物通常称为集合的元素。集合应该满足以下特性:

  1. 列表项无序性:一个集合中,每个元素的地位都是相同的,元素之间是无序的。
  2. 互异性:一个集合中,任何两个元素都是不相同的,即元素在集合中只能出现一次。
  3. 确定性:给定一个集合和一个任意元素,该元素要么属这个集合,要么不属于这个集合,二者必居其一,不允许有模棱两可的情况出现。

Python程序中的集合跟数学上的集合是完全一致的,需要强调的是上面所说的无序性和互异性。无序性说明集合中的元素并不像列中的元素那样一个挨着一个,可以通过索引实现随机访问(随机访问指的是给定一个有效的范围,随机抽取出一个数字,然后通过这个数字可以获取到对应的元素),所以Python中的集合肯定不能够支持索引运算。另外,集合的互异性决定了集合中不能有重复元素,这一点也是集合区别于列表的关键,说得更直白一些就是,Python中的集合类型会对其中的元素做去重处理。Python中的集合一定是支持in和not in成员运算的,这样就可以确定一个元素是否属于集合,也就是上面所说的集合的确定性。

创建集合

在Python中,创建集合可以使用{}字面量语法,{}中需要至少有一个元素,因为没有元素的{}并不是空集合而是一个空字典,我们下一节课就会大家介绍字典的知识。当然,也可以使用内置函数set来创建一个集合,准确的说set并不是一个函数,而是创建集合对象的构造器,这个知识点我们很快也会讲到,现在不理解跳过它就可以了。要创建空集合可以使用set();也可以将其他序列转换成集合,例如:set(‘hello’)会得到一个包含了4个字符的集合(重复的l会被去掉)。除了这两种方式,我们还可以使用生成式语法来创建集合,就像我们之前用生成式创建列表那样。要知道集合中有多少个元素,还是使用内置函数len;使用for循环可以实现对集合元素的遍历。

# 创建集合的字面量语法(重复元素不会出现在集合中)
set1 = {1, 2, 3, 3, 3, 2}
print(set1) # {1, 2, 3}
print(len(set1)) # 3
# 创建集合的构造器语法(后面会讲到什么是构造器)
set2 = set('hello')
print(set2) # {'h', 'l', 'o', 'e'}

# 将列表转换成集合(可以去掉列表中的重复元素)
set3 = set([1, 2, 3, 3, 2, 1])
print(set3) # {1, 2, 3}

# 创建集合的生成式语法(将列表生成式的[]换成{})
set4 = {num for num in range(1, 20) if num % 3 == 0 or num % 5 == 0}
print(set4) # {3, 5, 6, 9, 10, 12, 15, 18}

# 集合元素的循环遍历
for elem in set4:
    print(elem)

集合中的元素必须是hashable类型。所谓hashable类型指的是能够计算出哈希码的数据类型,大家可以暂时将哈希码理解为和变量对应的唯一的ID值。通常不可变类型都是hashable类型,如整数、浮点、字符串、元组等,而可变类型都不是hashable类型,因为可变类型无法确定唯一的ID值,所以也就不能放到集合中。集合本身也是可变类型,所以集合不能够作为集合中的元素,这一点在使用集合的时候一定要注意。

集合的运算

Python为集合类型提供了非常丰富的运算符,主要包括:成员运算、交集运算、并集运算、差集运算、比较运算(相等性、子集、超集)等。

成员运算

可以通过成员运算in和not in检查元素是否在集合中,代码如下所示。

set1 = {11, 12, 13, 14, 15}
print(10 in set1) # False
print(15 in set1) # True
set2 = {'Python', 'Java', 'Go', 'Swift'}
print('Ruby' in set2) # False
print('Java' in set2) # True

交并差运算

Python中的集合跟数学上的集合一样,可以进行交集、并集、差集等运算,而且可以通过运算符和方法调用两种方式来进行操作,代码如下所示。

set1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
set2 = {2, 4, 6, 8, 10}

# 交集
# 方法一: 使用 & 运算符
print(set1 & set2) # {2, 4, 6}
# 方法二: 使用intersection方法
print(set1.intersection(set2)) # {2, 4, 6}

# 并集
# 方法一: 使用 | 运算符
print(set1 | set2) # {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10}
# 方法二: 使用union方法
print(set1.union(set2)) # {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10}

# 差集
# 方法一: 使用 - 运算符
print(set1 - set2) # {1, 3, 5, 7}
# 方法二: 使用difference方法
print(set1.difference(set2)) # {1, 3, 5, 7}

# 对称差
# 方法一: 使用 ^ 运算符
print(set1 ^ set2) # {1, 3, 5, 7, 8, 10}
# 方法二: 使用symmetric_difference方法
print(set1.symmetric_difference(set2)) # {1, 3, 5, 7, 8, 10}
# 方法三: 对称差相当于两个集合的并集减去交集
print((set1 | set2) - (set1 & set2)) # {1, 3, 5, 7, 8, 10}

对两个集合求交集,&运算符和intersection方法的作用是完全相同的,使用运算符的方式更直观而且代码也比较简短。

集合的交集、并集、差集运算还可以跟赋值运算一起构成复合赋值运算,如下所示。

set1 = {1, 3, 5, 7}
set2 = {2, 4, 6}
# 将set1和set2求并集再赋值给set1
# 也可以通过set1.update(set2)来实现
set1 |= set2
print(set1) # {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
set3 = {3, 6, 9}
# 将set1和set3求交集再赋值给set1
# 也可以通过set1.intersection_update(set3)来实现
set1 &= set3
print(set1) # {3, 6}

比较运算

两个集合可以用==!=进行相等性判断,如果两个集合中的元素完全相同,那么==比较的结果就是True,否则就是False。如果集合A的任意一个元素都是集合B的元素,那么集合A称为集合B的子集,即对于$ \forall{a} \in {A}$,均有$ {a} \in {B} $,则$ {A} \subseteq {B} $,AB的子集,反过来也可以称BA的超集。如果AB的子集且A不等于B,那么A就是B的真子集。Python为集合类型提供了判断子集和超集的运算符,其实就是我们非常熟悉的<>运算符,代码如下所示。

set1 = {1, 3, 5}
set2 = {1, 2, 3, 4, 5}
set3 = set2
# <运算符表示真子集,<=运算符表示子集
print(set1 < set2, set1 <= set2) # True True
print(set2 < set3, set2 <= set3) # False True # 通过issubset方法也能进行子集判断 print(set1.issubset(set2)) # True # 反过来可以用issuperset或>运算符进行超集判断
print(set2.issuperset(set1)) # True
print(set2 > set1) # True

集合的方法

Python中的集合是可变类型,我们可以通过集合类型的方法为集合添加或删除元素。


# 创建一个空集合 set1 = set() # 通过add方法添加元素 set1.add(33) set1.add(55) set1.update({1, 10, 100, 1000}) print(set1) # {33, 1, 100, 55, 1000, 10} # 通过discard方法删除指定元素 set1.discard(100) set1.discard(99) print(set1) # {1, 10, 33, 55, 1000} # 通过remove方法删除指定元素,建议先做成员运算再删除 # 否则元素如果不在集合中就会引发KeyError异常 if 10 in set1: set1.remove(10) print(set1) # {33, 1, 55, 1000} # pop方法可以从集合中随机删除一个元素并返回该元素 print(set1.pop()) # clear方法可以清空整个集合 set1.clear() print(set1) # set()

如果要判断两个集合有没有相同的元素可以使用isdisjoint方法,没有相同元素返回True,否则返回False,代码如下所示。


set1 = {'Java', 'Python', 'Go', 'Kotlin'} set2 = {'Kotlin', 'Swift', 'Java', 'Objective-C', 'Dart'} set3 = {'HTML', 'CSS', 'JavaScript'} print(set1.isdisjoint(set2)) # False print(set1.isdisjoint(set3)) # True

不可变集合

Python中还有一种不可变类型的集合,名字叫frozenset。set跟frozenset的区别就如同list跟tuple的区别,frozenset由于是不可变类型,能够计算出哈希码,因此它可以作为set中的元素。除了不能添加和删除元素,frozenset在其他方面跟set基本是一样的,下面的代码简单的展示了frozenset的用法。

set1 = frozenset({1, 3, 5, 7})
set2 = frozenset(range(1, 6))
print(set1 & set2) # frozenset({1, 3, 5})
print(set1 | set2) # frozenset({1, 2, 3, 4, 5, 7})
print(set1 - set2) # frozenset({7})
print(set1 < set2) # False

集合是一种容器,元素必须是hashable类型,与列表不同的地方在于集合中的元素没有序、不能用索引运算、不能重复。

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