集合(Set)

创建集合

• 使用花括号{}（注意：空集合不能用{}）

# 创建包含元素的集合
my_set = {1, 2, 3, 'hello', (4, 5)}
print(my_set)  # 输出顺序可能与输入不同,例如 {1, 2, 3, (4, 5), 'hello'}

# 创建空集合
empty_set = set()
print(type(empty_set))   # <class 'set'>
print(empty_set)         # set()

• 使用set()构造函数：

# 从字符串创建 (字符去重)
char_set = set("hello")
print(char_set)  # {'l', 'o', 'e', 'h'} 或类似顺序

# 从列表创建 (元素去重)
list_set = set([1, 2, 2, 3, 3, 3])
print(list_set)  # {1, 2, 3}

# 从元组创建
tuple_set = set((1, 2, 3))
print(tuple_set) # {1, 2, 3}

# 创建空集合
empty_set = set()

基本操作

添加元素

my_set = {1, 2, 3}
my_set.add(4)
print(my_set)  # {1, 2, 3, 4}
my_set.add(2)  # 重复元素，无变化
print(my_set)  # {1, 2, 3, 4}

删除元素：

• remove(element)：删除指定元素，如果元素不存在，会抛出 KeyError 异常

my_set = {1, 2, 3}
my_set.remove(2)
print(my_set)  # {1, 3}
# my_set.remove(5)  # KeyError!

• discard(element): 删除指定元素。如果元素不存在，不会抛出异常，静默处理。

my_set = {1, 2, 3}
my_set.discard(2)
print(my_set)  # {1, 3}
my_set.discard(5)  # 无错误
print(my_set)  # {1, 3}

• pop(): 随机移除并返回集合中的一个元素。因为集合无序，所以无法预测移除哪个元素。 如果集合为空，则抛出 KeyError。

my_set = {1, 2, 3}
removed = my_set.pop()
print(removed)  # 可能是 1, 2, 或 3
print(my_set)   # 剩余的两个元素

• clear(): 清空集合，使其变为空集合。

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

成员检查

使用 in 和 not in 操作符。这是集合非常高效的操作，时间复杂度接近 O(1)。

my_set = {1, 2, 3, "hello"}
print(2 in my_set)      # True
print("world" not in my_set) # True

获取集合大小

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

集合运算

集合支持丰富的数学集合运算，这些运算可以使用方法或操作符。

• 并集(Union)：包含两个集合中所有不重复的元素。

set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}
union_set = set_a | set_b  # 或 set_a.union(set_b)
print(union_set)  # {1,2,3,4,5}

• 交集(Intersection)：包含同时存在于两个集合中的元素。

set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}
inter_set = set_a & set_b  # 或 set_a.intersection(set_b)
print(inter_set)  # {3}

• 差集(Difference)：包含在第一个集合中但不在第二个集合中的元素。

set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}
diff_set = set_a - set_b  # 或 set_a.difference(set_b)
print(diff_set)  # {3}

• 对称差集(Symmetric Difference)：包含在两个集合中但不同时存在于两者中的元素。

set_a = {1, 2, 3}
set_b = {3, 4, 5}
sym_diff = set_a ^ set_b  # 或者 set_a.symmetric_difference(set_b)
print(sym_diff)  # {1, 2, 4, 5}

• 子集与超集判断

  • set1.issubset(set2) 或 set1 <= set2: 判断 set1 是否是 set2 的子集。

  • set1.issuperset(set2) 或 set1 >= set2: 判断 set1 是否是 set2 的超集。

  • set1 < set2: 判断 set1 是否是 set2 的真子集（子集且不相等）。

  • set1 > set2: 判断 set1 是否是 set2 的真超集（超集且不相等）。

set_a = {1, 2}
set_b = {1, 2, 3}
print(set_a.issubset(set_b))  # True
print(set_b.issuperset(set_a)) # True
print(set_a < set_b)          # True
print(set_a <= set_b)         # True
print(set_a <= set_a)         # True (子集可以等于自身)
print(set_a < set_a)          # False (真子集不能等于自身)

• 不相交判断：如果两个集合没有交集(交集为空)，返回 True。

set_a = {1, 2}
set_b = {3, 4}
print(set_a.isdisjoint(set_b)) # True

集合推导式

类似于列表推导式，用于简洁地创建集合。

# 创建 0 到 9 的平方的集合
squares_set = {x**2 for x in range(5)}
print(squares_set)  # {0, 1, 4, 9, 16}

# 从字符串中提取唯一的元音字母
text = "hello world"
vowels = {char for char in text if char in 'aeiou'}
print(vowels)  # {'o', 'e'}

不可变集合

• frozenset是set的不可变版本。

• 创建后，使其元素不能被修改（不能添加、删除元素）。

• 因为不可变，所以frozenset本身是可哈希的，这意味着它可以作为字典的键或另一个集合的元素，而普通set不行。

• 创建方式：frozenset(iterable)。

• 支持除了修改操作(add，remove等)之外的所有集合运算(union，intersection，in等)

# 创建 frozenset
fz = frozenset([1, 2, 3])
# fz.add(4)  # AttributeError! 不可变

# 作为字典的键
dict_with_frozen_key = {frozenset([1, 2]): "a group"}
print(dict_with_frozen_key)  # {frozenset({1, 2}): 'a group'}

# 作为集合的元素
set_of_sets = {frozenset([1, 2]), frozenset([3, 4])}
print(set_of_sets)  # {frozenset({1, 2}), frozenset({3, 4})}
# set_of_sets = {{1, 2}, {3, 4}}  # TypeError! set is unhashable