Python 集合（set）

集合（set）是 Python 中的一种无序且不重复的容器，它可以存储多个元素，并自动去除重复值。集合适合用于处理需要去重或者集合运算（如交集、并集等）的场景。

1. 什么是集合？

  • 特点：

    1. 无序性：集合中的元素没有固定的顺序，无法通过索引访问。
    2. 唯一性：集合中的元素是唯一的，不允许重复。
    3. 可变性：集合本身可以修改，但集合中的元素必须是不可变对象（如数字、字符串、元组等）。

  • 定义： 使用花括号 {} 或内置函数 set() 来创建集合，元素之间用逗号 , 分隔。

示例：定义集合

# 定义一个集合
fruits = {"苹果", "香蕉", "橙子"}

# 创建一个空集合
empty_set = set()  # 注意：{} 是空字典

# 自动去重
numbers = {1, 2, 2, 3, 3, 4}
print(numbers)  # 输出：{1, 2, 3, 4}

2. 集合的操作

1) 添加与删除元素

  • 添加元素：使用 add() 方法。
  • 删除元素：使用 remove() 或 discard() 方法。
fruits = {"苹果", "香蕉"}

# 添加
fruits.add("橙子")
print(fruits)  # 输出：{"苹果", "香蕉", "橙子"}

# 删除（若元素不存在，remove 会报错，discard 不报错）
fruits.remove("香蕉")
# fruits.remove("葡萄")  # 报错：KeyError
fruits.discard("葡萄")  # 不报错

2) 检查元素

  • 使用 in 判断某个元素是否在集合中。
fruits = {"苹果", "香蕉", "橙子"}
print("苹果" in fruits)  # 输出：True
print("葡萄" in fruits)  # 输出：False

3) 清空集合

  • 使用 clear() 方法清空集合。
fruits = {"苹果", "香蕉"}
fruits.clear()
print(fruits)  # 输出：set()

3. 集合运算

集合是数学中集合的编程实现，支持常见的交集、并集、差集、对称差集等操作。

运算方式 方法/操作符 示例 结果
交集 & 或 intersection() a & b / a.intersection(b) 两集合的公共元素
并集 | 或 union() a | b / a.union(b) 两集合的所有元素
差集 - 或 difference() a - b / a.difference(b) 在 a 而不在 b 的元素
对称差集 ^ 或 symmetric_difference() a ^ b / a.symmetric_difference(b) 两集合的非公共元素

示例：集合运算

a = {1, 2, 3, 4}
b = {3, 4, 5, 6}

# 交集
print(a & b)  # 输出：{3, 4}

# 并集
print(a | b)  # 输出：{1, 2, 3, 4, 5, 6}

# 差集
print(a - b)  # 输出：{1, 2}
print(b - a)  # 输出：{5, 6}

# 对称差集
print(a ^ b)  # 输出：{1, 2, 5, 6}

4. 集合的遍历

集合可以使用 for 循环进行遍历。

fruits = {"苹果", "香蕉", "橙子"}
for fruit in fruits:
    print(fruit)

注意：集合是无序的，因此输出顺序可能与定义时不同。

5. 常用内置方法

方法 描述 示例
add(item) 向集合中添加元素 s.add(5)
remove(item) 删除指定元素，不存在时抛出异常 s.remove(5)
discard(item) 删除指定元素，不存在时不抛出异常 s.discard(5)
pop() 随机删除并返回集合中的一个元素 s.pop()
clear() 清空集合 s.clear()
copy() 返回集合的浅拷贝 new_set = s.copy()
intersection(other) 返回交集 s.intersection(t)
union(other) 返回并集 s.union(t)
difference(other) 返回差集 s.difference(t)
symmetric_difference(other) 返回对称差集 s.symmetric_difference(t)

6. 集合的应用场景

  1. 数据去重：快速过滤掉重复元素。

    numbers = [1, 2, 2, 3, 3, 4]
unique_numbers = set(numbers)
print(unique_numbers)  # 输出：{1, 2, 3, 4}

  2. 集合运算：用于数学集合操作，如交集、并集等。

  3. 快速查找：集合的查找效率比列表高。

    items = {"苹果", "香蕉", "橙子"}
print("苹果" in items)  # 输出：True

  4. 过滤重复用户：比如统计访问过的网站用户。

7. 注意事项

  1. 集合中的元素必须是不可变的，因此不能存放列表、集合等可变对象。

    # 错误示例
# my_set = {[1, 2], 3}  # TypeError

  2. 空集合的定义必须使用 set()，直接 {} 会创建字典。

    empty_set = set()  # 空集合
empty_dict = {}    # 空字典

8. 总结

集合是一种无序且唯一的数据结构，适用于去重、快速查找和数学集合运算。通过掌握集合的基本操作和方法，可以有效解决实际编程中的一些问题。