Python 教程：Python 中的集合及其对集合的所有操作

最编程 2024-10-19 07:14:36

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**集合（set）**是 Python 中的一种无序、不重复的元素集合。集合与列表和元组不同，它不允许重复元素，并且元素没有顺序。集合非常适合用于去重操作或进行集合运算（如并集、交集、差集等）。集合使用花括号 {} 或 set() 函数来创建。

集合的创建

空集合：
使用 set() 函数创建一个空集合，注意不能用 {}，因为 {} 创建的是空字典。
```
empty_set = set()
```
非空集合：
直接使用花括号 {} 或 set() 创建包含元素的集合。
```
my_set = {1, 2, 3, 4}
another_set = set([1, 2, 3])
```

集合的常用操作

添加元素
使用 add() 方法向集合中添加元素。如果元素已存在，集合不做任何改变。

my_set = {1, 2, 3}
my_set.add(4)  # 添加新元素
my_set.add(3)  # 元素已存在，不做任何改变
print(my_set)  # 输出：{1, 2, 3, 4}

移除元素
- remove()：移除指定元素，如果元素不存在则会抛出 KeyError。
- discard()：移除指定元素，如果元素不存在也不会抛出错误。
- pop()：随机移除并返回一个元素，集合是无序的，所以无法指定移除哪个元素。
```
my_set = {1, 2, 3, 4}
my_set.remove(2)  # 移除元素 2
my_set.discard(5)  # 尝试移除不存在的元素，不会抛错
popped_element = my_set.pop()  # 随机移除一个元素
print(my_set)  # 输出：剩下的元素
```

集合运算
集合支持多种数学集合运算，如并集、交集、差集、对称差集等。

并集（Union）：将两个集合的所有元素合并，去除重复项，使用 | 或 union()。
交集（Intersection）：返回两个集合中都存在的元素，使用 & 或 intersection()。
差集（Difference）：返回在第一个集合但不在第二个集合中的元素，使用 - 或 difference()。
对称差集（Symmetric Difference）：返回两个集合中不重复的元素，使用 ^ 或 symmetric_difference()。

set_a = {1, 2, 3, 4}
set_b = {3, 4, 5, 6}

# 并集
print(set_a | set_b)  # 输出：{1, 2, 3, 4, 5, 6}
print(set_a.union(set_b))  # 输出：{1, 2, 3, 4, 5, 6}

# 交集
print(set_a & set_b)  # 输出：{3, 4}
print(set_a.intersection(set_b))  # 输出：{3, 4}

# 差集
print(set_a - set_b)  # 输出：{1, 2}
print(set_a.difference(set_b))  # 输出：{1, 2}

# 对称差集
print(set_a ^ set_b)  # 输出：{1, 2, 5, 6}
print(set_a.symmetric_difference(set_b))  # 输出：{1, 2, 5, 6}

子集和超集

issubset()：判断集合是否为另一个集合的子集。
issuperset()：判断集合是否为另一个集合的超集。

set_a = {1, 2}
set_b = {1, 2, 3, 4}

print(set_a.issubset(set_b))  # 输出：True
print(set_b.issuperset(set_a))  # 输出：True

集合的长度
使用 len() 获取集合中的元素个数。

my_set = {1, 2, 3}
print(len(my_set))  # 输出：3

清空集合
使用 clear() 方法可以清空集合中的所有元素。

my_set = {1, 2, 3}
my_set.clear()
print(my_set)  # 输出：set()

遍历集合
可以使用 for 循环遍历集合中的元素。

my_set = {1, 2, 3}
for item in my_set:
    print(item)

冻结集合
冻结集合（frozenset）是一种不可变的集合，创建后无法修改（类似于元组对于列表的不可变性）。使用 frozenset() 函数来创建。

frozen_set = frozenset([1, 2, 3])
# frozen_set.add(4)  # 会引发错误：AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'add'
print(frozen_set)  # 输出：frozenset({1, 2, 3})

完整示例

# 创建集合
my_set = {1, 2, 3, 4, 5}

# 添加元素
my_set.add(6)

# 移除元素
my_set.remove(2)

# 集合运算
set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}
print(set_a | set_b)  # 并集
print(set_a & set_b)  # 交集
print(set_a - set_b)  # 差集
print(set_a ^ set_b)  # 对称差集

# 判断子集和超集
print(set_a.issubset(set_b))  # False
print(set_a.issuperset({1}))  # True

# 清空集合
my_set.clear()
print(my_set)  # 输出：set()

# 冻结集合
frozen = frozenset([1, 2, 3])
print(frozen)

总结

集合在 Python 中是一种强大的数据结构，特别适合处理无序且唯一的元素集。它提供了丰富的集合运算（如并集、交集、差集等），并且通过集合，可以方便地去除重复元素或执行集合之间的运算。同时，集合的不可变版本 frozenset 也适用于那些需要不可变数据结构的场景。

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集合的常用操作

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