Python 進階之路 (四) 先立Flag, 社群最全的Set用法集錦

weixin_33806914發表於2019-02-09

Set是什麼

大家好，恰逢初五迎財神，先預祝大家新年財源滾滾！！
在上一期詳解tuple元組的用法後，今天我們來看Python裡面最後一種常見的資料型別：集合(Set)

與dict類似，set也是一組key的集合，但不儲存value。由於key不能重複，所以，在set中，沒有重複的key。建立一個set，需要提供一個list作為輸入集集合，重複元素在set中會被自動被過濾，通過add(key)方法往set中新增元素，重複新增不會有效果。如果現在你發現我講的很模糊請不要著急。稍後會有海量例子為大家詳解。

總而言之,Set具有三個顯著特點：

無序
元素是獨一無二的，不允許出現重複的元素
可以修改集合本身，但集合中包含的元素必須是不可變型別

現在讓我們開啟Set奇幻之旅，我希望這篇文章是SegmentFault社群對於Set介紹最全的模範，哈哈！

定義一個Set

我們有兩種方式可以建立一個Set，可以使用內建的set()方法，或是使用中括號{}
建立模板如下：

                    x = set(<iter>)         
                    x = {<obj>, <obj>, ..., <obj>}

現在讓我們來看例子~

set()內建方法建立

x = set(['foo', 'bar', 'baz', 'foo', 'qux'])   # 傳入List
print(x)

y = set(('foo', 'bar', 'baz', 'foo', 'qux'))   #傳入元組
print(y)

Out: {'qux', 'foo', 'bar', 'baz'}  # 注意到無序了吧~
     {'bar', 'qux', 'baz', 'foo'}

這裡要注意用set()內建方法建立時一定要傳遞一個可以迭代的引數，還有從輸出結果相信大家已經發現set的第一個特點了：無序

字串也是可迭代的，因此字串也可以傳遞給set（）

s = 'quux'
a = set(s)
print(a)

Out: {'u', 'q', 'x'}      # 無序，唯一

這裡又體現了set的第二個特點：元素唯一性

{} 方法建立

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz', 'foo', 'qux'}
>>> x
{'qux', 'foo', 'bar', 'baz'}

這裡考慮到之後例子太多，實在不能每次都打print啦，這種形式大家看的更清楚，這個直接用{}建立很簡單，只要傳遞進元素就行啦

建立空集合

Set可以是空的。但是，請記住Python將空花括號{}解釋為空字典，因此定義空集的唯一方法是使用set（）函式

>>> x = set()
>>> type(x)
<class 'set'>

>>> x = {}
>>> type(x)
<class 'dict'>

一個空集合用布林型別顯示為False

>>> x = set()
>>> bool(x)
False
>>> x or 1
1
>>> x and 1
set()

對比小結

對於這兩種方法建立Set，本質區別在於以下兩點

set（）的引數是可迭代的。它會生成要放入集合中的所有元素組成的List。
花括號 {} 中的物件完整地放入集合中，即使它們是可迭代的。

補充說明

集合中的元素可以是不同型別的物件，不一定非要是同一型別的，可以包含不同型別，比如：

>>> x = {42, 'foo', 3.14159, None}
>>> x
{None, 'foo', 42, 3.14159}

但同時不要忘記set元素必須是不可變的。例如，元組可以包括在集合中：

>>> x = {42, 'foo', (1, 2, 3), 3.14159}
>>> x
{42, 'foo', 3.14159, (1, 2, 3)}

但列表和字典是可變的，因此它們不能成為Set的元素：

>>> a = [1, 2, 3]
>>> {a}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#70>", line 1, in <module>
    {a}
TypeError: unhashable type: 'list'


>>> d = {'a': 1, 'b': 2}
>>> {d}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#72>", line 1, in <module>
    {d}
TypeError: unhashable type: 'dict'

Set大小以及成員

len（）函式返回集合中元素的數量，而in和not in運算子可用於測試是否為Set中的元素：

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> len(x)
3

>>> 'bar' in x
True
>>> 'qux' in x
False

Set基本操作

方法和運算子

許多可用於Python其他資料型別的操作對集合沒有意義。例如，無法對集合建立索引或切片。但是，Python在set物件上提供了運算子，這些操作符其實很多和數學裡是一模一樣的，相信數學好的朋友們對這部分簡直不要太熟悉

所以對於Set的操作除了用普通的內建方法，我們也可以使用運算子，比較方便

Union 並集

用法：計算兩個或更多集合的並集。
方法: x1.union(x2[, x3 ...])
運算子：x1 | x2 [| x3 ...]

讓我們新建兩個Set做測試：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}

現在我們想求x1,x2的並集，如下圖所示：

具體實現方法如下，或是用方法，或是用操作符：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}

>>> x1.union(x2)
{'foo', 'qux', 'quux', 'baz', 'bar'}

>>> x1 | x2
{'foo', 'qux', 'quux', 'baz', 'bar'}

如果有兩個以上的Set也是沒有問題的，原理都是一樣的：

>>> a = {1, 2, 3, 4}
>>> b = {2, 3, 4, 5}
>>> c = {3, 4, 5, 6}
>>> d = {4, 5, 6, 7}

>>> a.union(b, c, d)
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

>>> a | b | c | d
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

Intersection 交集

方法: x1.intersection(x2[, x3 ...])
運算子：x1 & x2 [& x3 ...]
用法：計算兩個或更多集合的交集。

現在還讓我們用剛才建立好的兩個set，所求部分如下圖：

實現仍然是兩種方法：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}

>>> x1.intersection(x2)
{'baz'}

>>> x1 & x2
{'baz'}

多個集合的情況公示和方法依然有效，結果僅包含所有指定集合中都存在的元素。

>>> a = {1, 2, 3, 4}
>>> b = {2, 3, 4, 5}
>>> c = {3, 4, 5, 6}
>>> d = {4, 5, 6, 7}

>>> a.intersection(b, c, d)
{4}

>>> a & b & c & d
{4}

Difference 差集

方法: x1.difference(x2[, x3 ...])
運算子：x1 - x2 [- x3 ...]
用法：計算兩個或更多集合的差集。大白話說就是x1去除x1和x2的共有元素

下圖所示為x1.difference(x2)的目標結果：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}

>>> x1.difference(x2)
{'foo', 'bar'}

>>> x1 - x2
{'foo', 'bar'}

還是老樣子，適用於2個及以上的集合：

>>> a = {1, 2, 3, 30, 300}
>>> b = {10, 20, 30, 40}
>>> c = {100, 200, 300, 400}

>>> a.difference(b, c)
{1, 2, 3}

>>> a - b - c
{1, 2, 3}

指定多個集合時，操作從左到右執行。在上面的示例中，首先計算a - b，得到{1,2,3,300}。然後從該集合中減去c，留下{1,2,3}，具體流程如下圖所示：

Symmetric Difference 對稱差集

方法: x1.symmetric_difference(x2)
運算子：x1 ^ x2 ¹
用法：計算兩個或更多集合的差集。大白話說就是x1去除x1和x2的共有元素

下圖所示為x1.symmetric_difference(x2)的目標結果：

實現方法如下；

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}

>>> x1.symmetric_difference(x2)
{'foo', 'qux', 'quux', 'bar'}

>>> x1 ^ x2
{'foo', 'qux', 'quux', 'bar'}

老規矩，支援2個及以上set的連續操作:

>>> a = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> b = {10, 2, 3, 4, 50}
>>> c = {1, 50, 100}

>>> a ^ b ^ c
{100, 5, 10}

當指定多個集合時，操作從左到右執行,奇怪的是，雖然 ^ 運算子允許多個集合，但.symmetric_difference（）方法不允許

>>> a = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> b = {10, 2, 3, 4, 50}
>>> c = {1, 50, 100}

>>> a.symmetric_difference(b, c)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#11>", line 1, in <module>
    a.symmetric_difference(b, c)
TypeError: symmetric_difference() takes exactly one argument (2 given)

x1.isdisjoint(x2) 判斷是否相交

方法: x1.isdisjoint(x2)
用法：確定兩個集合是否具有任何共同的元素

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}

>>> x1.isdisjoint(x2)
False

>>> x2 - {'baz'}
{'quux', 'qux'}
>>> x1.isdisjoint(x2 - {'baz'})
True

從這個栗子可以看出，如果兩個Set沒有共同元素返回True，如果有返回True，如果返回True同時也意味著
他們之間的交集為空集，這個很好理解：

>>> x1 = {1, 3, 5}
>>> x2 = {2, 4, 6}

>>> x1.isdisjoint(x2)
True
>>> x1 & x2
set()

注意：目前還沒有運算子對應這個方法

x1.issubset(x2) 判斷x1是否為x2子集

方法: x1.issubset(x2)
運算子：x1 <= x2
用法：如果返回True，x1為x2子集，反之返回False

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1.issubset({'foo', 'bar', 'baz', 'qux', 'quux'})
True

>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1 <= x2
False

一個集合本身當然是它自己的子集啦：

>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x.issubset(x)
True
>>> x <= x
True

x1<x2 判斷x1是否為x2的真子集

運算子：x1<x2
用法：判斷x1是否為x2的真子集，如果返回True，x1為x2的真子集，反之返回False

首先。。。讓我們回顧一下數學知識：真子集與子集類似，除了集合不能相同。如果x1的每個元素都在x2中，並且x1和x2不相等，則集合x1被認為是另一個集合x2的真子集

換個高大上的說法也可以：如果集合A⊆B，存在元素x∈B，且元素x不屬於集合A，我們稱集合A與集合B有真包含關係，集合A是集合B的真子集（proper subset）。記作A⊊B（或B⊋A），讀作“A真包含於B”（或“B真包含A”）

>>> x1 = {'foo', 'bar'}
>>> x2 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1 < x2
True

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1 < x2
False

雖然Set被認為是其自身的子集，但它本身並不是自己的真子集：

>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x <= x
True
>>> x < x
False

注意：目前還沒有方法對應這個運算子

x1.issuperset(x2) 判斷x1是否為x2的超集

方法：x1.issuperset(x2)
運算子：x1 >= x2
用法：判斷x1是否為x2的超集，如果是返回True，反之返回False

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}

>>> x1.issuperset({'foo', 'bar'})
True

>>> x2 = {'baz', 'qux', 'quux'}
>>> x1 >= x2
False

我們剛才已經看到過了一個Set是它自己本身的子集，這裡也是一樣的，它同時也是自己的超集

>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x.issuperset(x)
True
>>> x >= x
True

x1 > x2 判斷x1是否為x2的真超集

運算子：x1 > x2
用法：判斷x1是否為x2的真超集，如果是返回True，反之返回False

真超集與超集相同，除了集合不能相同。如果x1包含x2的每個元素，並且x1和x2不相等，則集合x1被認為是另一個集合x2的真超集。

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'bar'}
>>> x1 > x2
True

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x1 > x2
False

一個集合不是它自己的真超集，和真子集的原理相同

>>> x = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> x > x
False

對Set進行修改

雖然集合中包含的元素必須是不可變型別，但可以修改集合本身。與上面的操作類似，可以使用多種運算子和方法來更改集合的內容。

x1.update(x2) 通過union修改集合元素

方法：x1.update(x2[, x3 ...])
運算子：x1 |= x2 [| x3 ...]
用法：通過union修改集合

x1.update(x2) 和 x1 |= x2 作用是向集合x1中新增x2中所有x1不存在的元素。
停下3秒，我仔細讀了這句話，覺得我表達的還可以，不知道大家讀上去繞不繞，先看例子：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'baz', 'qux'}

>>> x1 |= x2
>>> x1
{'qux', 'foo', 'bar', 'baz'}

>>> x1.update(['corge', 'garply'])
>>> x1
{'qux', 'corge', 'garply', 'foo', 'bar', 'baz'}

x1.intersection(x2) 通過intersection修改集合元素

方法：x1.intersection_update(x2[, x3 ...])
運算子：x1 &= x2 [& x3 ...]
用法：通過intersection修改集合

x1.intersection_update(x2) 和 x1 &= x2 會讓x1只保留x1和x2的交集部分：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'baz', 'qux'}

>>> x1 &= x2
>>> x1
{'foo', 'baz'}

>>> x1.intersection_update(['baz', 'qux'])
>>> x1
{'baz'}

x1.difference_update(x2) 通過difference修改集合元素

方法：x1.difference_update(x2[, x3 ...])
運算子：x1 -= x2 [| x3 ...]
用法：通過difference修改集合

x1.difference_update(x2) and x1 -= x2 會讓集合x1移除所有在x2出現的屬於x1的元素：

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'baz', 'qux'}

>>> x1 -= x2
>>> x1
{'bar'}

>>> x1.difference_update(['foo', 'bar', 'qux'])
>>> x1
set()

x1.symmetric_difference_update(x2) 通過對稱差集修改集合元素

方法：x1.symmetric_difference_update(x2)
運算子：x1 ^= x2

這個我實在用語言解釋不清了，看例子容易懂:

>>> x1 = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x2 = {'foo', 'baz', 'qux'}
>>> 
>>> x1 ^= x2
>>> x1
{'bar', 'qux'}
>>> 
>>> x1.symmetric_difference_update(['qux', 'corge'])
>>> x1
{'bar', 'corge'}

x.add(<elem> 新增元素

這個就很簡單了, 類似List:

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x.add('qux')
>>> x
{'bar', 'baz', 'foo', 'qux'}

x.remove(<elem>) 刪除元素

如果刪除的元素不存在會丟擲異常

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}

>>> x.remove('baz')
>>> x
{'bar', 'foo'}

>>> x.remove('qux')
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#58>", line 1, in <module>
    x.remove('qux')
KeyError: 'qux'

這個時候為了避免出現錯誤可以用discard方法

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}

>>> x.discard('baz')
>>> x
{'bar', 'foo'}

>>> x.discard('qux')
>>> x
{'bar', 'foo'}

利用pop刪除隨機元素並返回：

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}

>>> x.pop()
'bar'
>>> x
{'baz', 'foo'}

>>> x.pop()
'baz'
>>> x
{'foo'}

>>> x.pop()
'foo'
>>> x
set()

利用clear可以清空一個集合：

>>> x = {'foo', 'bar', 'baz'}
>>> x
{'foo', 'bar', 'baz'}
>>> 
>>> x.clear()
>>> x
set()

Frozen Sets

Frozen Sets是什麼東西

Python提供了另一種稱為凍結集合Frozen Sets的內建型別，它在所有方面都與集合完全相同，只不過Frozen Sets是不可變的。我們可以對凍結集執行非修改操作，比如：

>>> x = frozenset(['foo', 'bar', 'baz'])
>>> x
frozenset({'foo', 'baz', 'bar'})

>>> len(x)
3

>>> x & {'baz', 'qux', 'quux'}
frozenset({'baz'})

如果膽敢嘗試修改Frozen Sets：

>>> x = frozenset(['foo', 'bar', 'baz'])

>>> x.add('qux')
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#127>", line 1, in <module>
    x.add('qux')
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'add'

>>> x.pop()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#129>", line 1, in <module>
    x.pop()
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'pop'

>>> x.clear()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#131>", line 1, in <module>
    x.clear()
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'clear'

>>> x
frozenset({'foo', 'bar', 'baz'})

基本使用舉例

Frozensets在我們想要使用集合的情況下很有用，但需要一個不可變物件。
例如，如果沒有Frozen sets我們不能定義其元素也是集合的集合（nested），因為集合元素必須是不可變的，會報錯：

>>> x1 = set(['foo'])
>>> x2 = set(['bar'])
>>> x3 = set(['baz'])
>>> x = {x1, x2, x3}
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#38>", line 1, in <module>
    x = {x1, x2, x3}
TypeError: unhashable type: 'set'

現在有了 Frozen sets，我們有了解決方案：

>>> x1 = frozenset(['foo'])
>>> x2 = frozenset(['bar'])
>>> x3 = frozenset(['baz'])
>>> x = {x1, x2, x3}
>>> x
{frozenset({'bar'}), frozenset({'baz'}), frozenset({'foo'})}

總結

這一期為大家講了太多東西，一口老血吐在鍵盤上，總結不動了
只希望這期Set詳解介紹可以幫助到大家，如果幫到了你，就點個贊吧~~
最後再次祝大家豬年大吉！！

x3 ... ↩

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