Python 集合（python基础教程）

Python 集合（python基础教程）

简述

数学上有一个基础概念 -集合，上高一的时候学过。集合的作用大吗？高考必考，你说呢？

关于集合，维基百科这样描述：

集合是基本的数学概念，它是集合论的研究对象，指具有某种特定性质的事物的总体，（在最原始的集合论─朴素集合论─中的定义，集合就是“一堆东西”。）集合里的事物（“东西”），叫作元素。若然 x 是集合 A 的元素，记作 x ∈ A。

在 Python 中，集合分为两类：

set：可变集合frozenset：不可变集合

set 可以原地修改，或者说是可变的，也可以说是 unhashable（不可哈希）的。

frozenset，顾名思义，是一个被“冻结”的集合，不能原地修改，是 hashable（可哈希）的。

集合

在 Python 中，集合由内置的 set 类型定义。

要创建集合，需要将所有项（元素）放在花括号（​​{}​​​）内，以逗号（​​,​​）分隔。

>>> s = {'P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n'}>>> type(s)

集合可以有任意数量的元素，它们可以是不同的类型（例如：数字、元组、字符串等）。但是，集合不能有可变元素（例如：列表、集合或字典）。

>>> s = {1, 2, 3} # 整形的集合>>> >>> s = {1.0, 'Python', (1, 2, 3)} # 混合类型的集合>>> >>> s = set(['P', 'y']) # 从列表创建>>>>>> s = {1, 2, [3, 4]} # 不能有可变元素...TypeError: unhashable type: 'list'

创建空集合比较特殊。在 Python 中，空花括号（​​{}​​）用于创建空字典。要创建一个没有任何元素的集合，使用 set() 函数（不要包含任何参数）。

>>> d = {} # 空字典>>> type(d)>>> >>> s = set() # 空集合>>> type(s)

集合的特性

子曰：“温故而知新，可以为师矣。” –《论语》

回顾数学相关知识，集合有以下特性：

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。集合上可以定义序关系，定义了序关系后，元素之间就可以按照序关系排序。但就集合本身的特性而言，元素之间没有必然的序。互异性：一个集合中，任何两个元素都认为是不相同的，即每个元素只能出现一次。有时需要对同一元素出现多次的情形进行刻画，可以使用多重集，其中的元素允许出现多次。确定性：给定一个集合，任给一个元素，该元素或者属于或者不属于该集合，二者必居其一，不允许有模棱两可的情况出现。

当然，Python 中的集合也具备这些特性：

# 无序性>>> s = set('Python')>>> s{'y', 'n', 'h', 'o', 'P', 't'}>>>>>> s[0] # 不支持索引...TypeError: 'set' object does not support indexing# 互异性>>> s = set('Hello')>>> s{'e', 'H', 'l', 'o'}# 确定性>>> 'l' in sTrue>>> >>> 'P' not in sTrue

注意： 由于集合是无序的，所以索引没有任何意义。也就是说，无法使用索引或切片访问或更改集合元素。

集合运算

集合之间也可进行数学集合运算（例如：并集、交集等），可用相应的操作符或方法来实现。

考虑 A、B 两个集合，进行以下操作。

>>> A = set('abcd')>>> B = set('cdef')

子集

子集，为某个集合中一部分的集合，故亦称部分集合。

使用操作符 ​​<​​ 执行子集操作，同样地，也可使用方法 issubset() 完成。

>>> C = set('ab')>>> >>> C < ATrue>>> >>> C < BFalse>>> >>> C.issubset(A)True

并集

一组集合的并集是这些集合的所有元素构成的集合，而不包含其他元素。

使用操作符 ​​|​​ 执行并集操作，同样地，也可使用方法 union() 完成。

>>> A | B{'e', 'f', 'd', 'c', 'b', 'a'}>>> >>> A.union(B){'e', 'f', 'd', 'c', 'b', 'a'}

交集

两个集合 A 和 B 的交集是含有所有既属于 A 又属于 B 的元素，而没有其他元素的集合。

使用 ​​&​​ 操作符执行交集操作，同样地，也可使用方法 intersection() 完成。

>>> A & B{'d', 'c'}>>> >>> A.intersection(B){'d', 'c'}

差集

A 与 B 的差集是所有属于 A 且不属于 B 的元素构成的集合

使用操作符 ​​-​​ 执行差集操作，同样地，也可使用方法 difference() 完成。

>>> A - B{'b', 'a'}>>> >>> A.difference(B){'b', 'a'}

对称差

两个集合的对称差是只属于其中一个集合，而不属于另一个集合的元素组成的集合。

使用 ​​^​​ 操作符执行差集操作，同样地，也可使用方法 symmetric_difference() 完成。

>>> A ^ B{'b', 'e', 'f', 'a'}>>> >>> A.symmetric_difference(B){'b', 'e', 'f', 'a'}

更改集合

虽然集合不能有可变元素，但是集合本身是可变的。也就是说，可以添加或删除其中的元素。

可以使用 add() 方法添加单个元素，使用 update() 方法添加多个元素，update() 可以使用元组、列表、字符串或其他集合作为参数。

>>> s = {'P', 'y'}>>> >>> s.add('t') # 添加一个元素>>> s{'P', 'y', 't'}>>> >>> s.update(['h', 'o', 'n']) # 添加多个元素>>> s{'y', 'o', 'n', 't', 'P', 'h'}>>> >>> s.update(['H', 'e'], {'l', 'l', 'o'}) # 添加列表和集合>>> s{'H', 'y', 'e', 'o', 'n', 't', 'l', 'P', 'h'}

在所有情况下，元素都不会重复。

从集合中删除元素

可以使用 discard() 和 remove() 方法删除集合中特定的元素。

两者之间唯一的区别在于：如果集合中不存在指定的元素，使用 discard() 保持不变；但在这种情况下，remove() 会引发 KeyError。

>>> s = {'P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n'}>>> >>> s.discard('t') # 去掉一个存在的元素>>> s{'y', 'o', 'n', 'P', 'h'}>>> >>> s.remove('h') # 删除一个存在的元素>>> s{'y', 'o', 'n', 'P'}>>> >>> s.discard('w') # 去掉一个不存在的元素（正常）>>> s{'y', 'o', 'n', 'P'}>>> >>> s.remove('w') # 删除一个不存在的元素（引发错误）...KeyError: 'w'

类似地，可以使用 pop() 方法删除和返回一个项目。

还可以使用 clear() 删除集合中的所有元素。

>>> s = set('Python')>>> >>> s.pop() # 随机返回一个元素'y'>>> >>> s.clear() # 清空集合>>> sset()

注意： 集合是无序的，所以无法确定哪个元素将被 pop，完全随机。

集合的方法

老规矩，利用 dir() 来查看方法列表：

>>> dir(set)['__and__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__iand__', '__init__', '__ior__', '__isub__', '__iter__', '__ixor__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__or__', '__rand__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__ror__', '__rsub__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__xor__', 'add', 'clear', 'copy', 'difference', 'difference_update', 'discard', 'intersection', 'intersection_update', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'pop', 'remove', 'symmetric_difference', 'symmetric_difference_update', 'union', 'update']

可以看到，有以下方法可用：

其中一些方法在上述示例中已经被使用过了，如果有方法不会用，可利用 help() 函数，查看用途及详细说明。

集合与内置函数

下述内置函数通常作用于集合，来执行不同的任务。

不可变集合

frozenset 是一个具有集合特征的新类，但是一旦分配，它里面的元素就不能更改。这一点和元组非常类似：元组是不可变的列表，frozenset 是不可变的集合。

集合是 unhashable 的，因此不能用作字典的 key；而 frozensets 是 hashable 的，可以用作字典的 key。

可以使用函数 frozenset() 创建 frozenset。

>>> s = frozenset('Python')>>> type(s)

frozenset 也提供了一些列方法，和 set 中的类似。

>>> dir(frozenset)['__and__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__or__', '__rand__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__ror__', '__rsub__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__xor__', 'copy', 'difference', 'intersection', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'symmetric_difference', 'union']

由于 frozenset 是不可变的，所以没有添加或删除元素的方法。

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