python基础教程：set(集合)

Python集合(set)，是一个很有意思的数据结构。从形式上看，它像字典有key但没有value，它的写法是这样的s = {'a', 'b', 'c'}，是不是像一个没有value的字典？另一方面，它又像是一个用花括号替换了方括号的列表，但它不能像列表那样用索引访问元素。

其实，Python集合在内部实现上就是一个没有value的字典，所以它跟字典很像。既然和字典很像，那么还要集合干什么？集合主要用来干什么呢？

集合主要用于测试一个对象是不是在一堆对象集里面，也就是in运算。这个功能其实列表也可以，比如1 in [2,3,4,5]，但是用列表的速度远远低于集合，尤其是在这一堆对象的数量非常大时。

列表因为是顺序存储的，它的查找时间复杂度是O(n)，而集合是用hash table实现的，其时间复杂度是O(1)。

Python集合(set)的创建

集合可以通过set()来创建一个空集合，也可以把一个列表转换为集合。类似字典那样在花括号内可以放用逗号,隔开的多个对象:

In [1]: s = set()

In [2]: type(s)
Out[2]: set

In [3]: set([1,2,3,4,5])
Out[3]: {1, 2, 3, 4, 5}

In [4]: set([1,2,3,3,5])
Out[4]: {1, 2, 3, 5}

In [5]: s = {'a', 'd', 'e', 'c', 'b'}

In [6]: s2 = {1, 'a', True} 

In [7]: s = {'a', 'a', 'a'}

In [8]: s
Out[8]: {'a'}  # 字典里面的元素不能重复

跟字典的键不能是可变对象一样，集合里面也不能是列表、集合、字典：

In [9]: s = {'a', [1,2]}
------------------------
TypeError        Traceback (most recent call last)
<ipython-input-9-0a9fe58d273d> in <module>
----> 1 s = {'a', [1,2]}

TypeError: unhashable type: 'list'

In [10]: s = {'a', {'a':1}}
---------------------------
TypeError           Traceback (most recent call last)
<ipython-input-10-f0b724762652> in <module>
----> 1 s = {'a', {'a':1}}

TypeError: unhashable type: 'dict'

Python集合(set)的访问

集合不能像列表那样通过索引访问内部某一个元素，只能通过遍历访问全部元素，或通过变量名访问整个集合：

In [13]: s = {'a', 'b', 'c'}

In [14]: s
Out[14]: {'a', 'b', 'c'}

In [15]: for x in s: 
    ...:     print(x) 
    ...:
a
c
b

集合相关的内置函数

Python内置了一些函数可以用于操作集合，它们是：

1. len()
   返回集合的长度，即集合包含的元素的个数。空集合的长度是0

In [41]: len({'a', 'b'})
Out[41]: 2

In [42]: len(set())
Out[42]: 0

1. any()和all()
   类似于对列表、tuple的操作。
   any(): 只要集合有一个元素为True则返回True；
   all(): 只有集合的所有元素都为True才返回True；

In [45]: any({'', 0, False})
Out[45]: False

In [46]: all({'', 0, False})
Out[46]: False

In [47]: all({'a', 0:, False})
Out[47]: False

In [48]: any({'a', 0:, False})
Out[48]: True

In [49]: any(set())
Out[49]: False

In [50]: all(set())
Out[50]: True

跟空字典一样，它却认为是所有元素都为True，all(set())返回True。

1. sorted()
   跟操作列表、tuple的效果一样，它把集合的所有元素进行排序

In [51]: sorted({'a', 'c', 'b'})
Out[51]: ['a', 'b', 'c']

in 运算符

跟列表，元组一样，in用来检验一个对象是不是在集合中：

In [56]: 'a' in {'a', 'c', 'b'}
Out[56]: True

In [57]: '3' in {'a', 'c', 'b'}
Out[57]: False

In [58]: '3' not in {'a', 'c', 'b'}
Out[58]: True

遍历集合：

In [59]: for k in {'a', 'c', 'b'}: 
    ...:     print(key) 
    ...:
a
c
b

集合的内置方法：

（1）add(x)
把对象x添加到集合中。

In [25]: s = {'a', 'b', 'c'}

In [26]: s.add(1)

In [27]: s
Out[27]: {1, 'a', 'b', 'c'}

（2）update()
把多个对象添加到集合中。

In [28]: s.update([1,2,3])

In [29]: s
Out[29]: {1, 2, 3, 'a', 'b', 'c'}

In [30]: s.update(['x', 'y'], {7,8,0})

In [31]: s
Out[31]: {0, 1, 2, 3, 7, 8, 'a', 'b', 'c', 'x', 'y'}

（3）discard(x) 和 remove(x)
这两个都是从集合中删除一个元素x。不同的是，如果x不在集合中，discard()会忽略；而remove()会抛出KeyError的错误：

In [32]: s
Out[32]: {0, 1, 2, 3, 7, 8, 'a', 'b', 'c', 'x', 'y'}

In [33]: s.discard(0)

In [34]: s.remove(1)

In [35]: s
Out[35]: {2, 3, 7, 8, 'a', 'b', 'c', 'x', 'y'}

In [36]: s.discard('z')

In [37]: s.remove('z')
----------------------
KeyError              Traceback (most recent call last)
<ipython-input-37-a9e7a977e50c> in <module>
----> 1 s.remove('z')

KeyError: 'z'

（4）pop()
类似字典的pop()和列表的pop()，都是从其中删除一个元素并返回该元素。因为集合没有key和索引的概念，所以集合的pop()不带参数。

（5）clear()
清空一个集合

In [40]: s
Out[40]: {2, 3, 7, 8, 'a', 'b', 'c', 'x', 'y'}

In [41]: s.clear()

In [42]: s
Out[42]: set()

（6）copy()
跟字典的copy()一样，返回一个集合的深拷贝。

In [44]: s = {'a', 'b', 'c'}

In [45]: s2 = s.copy()

In [46]: s2
Out[46]: {'a', 'b', 'c'}

In [47]: s.add(1)

In [48]: s
Out[48]: {1, 'a', 'b', 'c'}

In [49]: s2
Out[49]: {'a', 'b', 'c'}

（7）union()
求两个或多个集合的并集，即把这些集合的所有元素放在一起组成新的集合并返回。它不改变原来的集合。

In [51]: s1, s2, s3 = {1,2,3}, {4,5,6}, {6,7,8}

In [52]: s1.union(s2)
Out[52]: {1, 2, 3, 4, 5, 6}

In [53]: s1
Out[53]: {1, 2, 3}

In [54]: s1.union(s2, s3)
Out[54]: {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}

（8）intersection()
求两个或多个集合的交集，即把这些集合中共同含有的元素放在一起组合成新的集合并返回。同样它也不改变原来的集合。

In [55]: s1.intersection(s2)
Out[55]: set()

In [56]: s2.intersection(s3)
Out[56]: {6}

In [57]: s1.intersection(s2, s3)
Out[57]: set()

（10）difference()
求一个集合S与另一个或多个集合的差集，即把只包含在集合S却不在做比较的集合中的元素组成新的集合并返回，同样它也不改变原来的集合。相当于集合的减法。

In [58]: s1.difference(s2)
Out[58]: {1, 2, 3} # 返回s1包含却不在s2中的元素组成的集合: s1 - s2

In [59]: s2.difference(s1)
Out[59]: {4, 5, 6} # s2包含，s1不包含: s2 - s1

In [60]: s2.difference(s3)
Out[60]: {4, 5}  # s2包含，s3不包含： s2 - s3

In [61]: s2.difference(s3, s1)
Out[61]: {4, 5} # s2包含，s3,s1都不包含： s2 - s3 - s1

（11）symmetric_difference()
求两个集合中除去交集之外的元素集合，即把不同时包含在两个集合中的元素放在一起组成新的集合并返回。

In [63]: s1, s2, s3
Out[63]: ({1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {6, 7, 8})

In [64]: s1.symmetric_difference(s2)
Out[64]: {1, 2, 3, 4, 5, 6}

In [65]: s2.symmetric_difference(s3)
Out[65]: {4, 5, 7, 8}

（12） intersection_update()
同intersection()一样求得新集合，但是本方法改变调用它的对象。

In [74]: s1, s2, s3 = {1,2,3}, {4,5,6}, {6,7,8}

In [75]: s1.intersection(s2)
Out[75]: set()

In [76]: s1
Out[76]: {1, 2, 3}

In [77]: s1.intersection_update(s2)

In [78]: s1
Out[78]: set()

（13）difference_update()
同difference()一样求得新集合，并用新集合改变调用该方法的集合。

In [79]: s1, s2, s3 = {1,2,3}, {4,5,6}, {6,7,8}

In [80]: s1.difference_update(s2)

In [81]: s1
Out[81]: {1, 2, 3}

（14）symmetric_difference_update()
通symmetric_difference()一样求得新集合，并用新集合改变调用该方法的集合。

In [83]: s1, s2 = {1,2,3}, {4,5,6}

In [84]: s1.symmetric_difference_update(s2)

In [85]: s1
Out[85]: {1, 2, 3, 4, 5, 6}

（15）isdisjoint()
如果两个集合没有交集则返回True。

In [87]: s1, s2 = {1,2,3}, {4,5,6}

In [88]: s1.isdisjoint(s2)
Out[88]: True

（16）issubset()
判断一个集合是不是另一个集合的子集，即它的所有元素都包含在另外一个集合中。

In [89]: {1,2}.issubset({1,2,3})
Out[89]: True

In [90]: {1,2}.issubset({1,2})
Out[90]: True

In [91]: {1,2}.issubset({1,5,6})
Out[91]: False

（17）issuperset()
判断一个集合是不是另一个集合的超集，即它包含另外一个集合的所有元素。

In [93]: {1,2}.issuperset({1,2})
Out[93]: True

In [94]: {1,2}.issuperset({1,2,3})
Out[94]: False

In [95]: {1,2}.issuperset({1})
Out[95]: True

frozenset

顾名思义，就是冻住了的集合，即不可改变的集合。集合不能作为字典的key，但是frozenset却可以。

In [100]: fs1 = frozenset()

In [101]: fs1
Out[101]: frozenset()

In [102]: fs2 = frozenset([1,2,3])

In [103]: fs2
Out[103]: frozenset({1, 2, 3})

In [104]: {fs2:3}
Out[104]: {frozenset({1, 2, 3}): 3}

总结

集合是没有了value的字典，但它也有自己的个性。