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Python集合set和frozenset的内建方法详解

集合是一种组合型的数据类型,分为可变的set和不可变的frozenset。

作者:佚名来源:Python开发者|2017-05-19 12:00

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Python集合set和frozenset的内建方法详解

前言

集合是一种组合型的数据类型,分为可变的set和不可变的frozenset。

软件环境

  • 系统
    • UbuntuKylin 14.04
  • 软件
    • Python 2.7.3
    • IPython 4.0.0

可变集合Set

集合set是一种无序的、唯一的的元素集,与数学中集合的概念类似,可对其进行交、并、差、补等逻辑运算。不支持索引、切片等序列操作,但仍支持成员关系运算符in-not in、推导式等操作。在特定的场合中可以体现出非常优秀的执行效率。

set()函数创建集合

  1. set(iterable) -> new set object 

其中iterable可以是List、Tuple、Dictionary。但是为dict时,只会获取提Key作为set的元素。

  1. n [12]: s = set([1,2,3]) 
  2.  
  3.   
  4.  
  5. In [13]: s 
  6.  
  7. Out[13]: {1, 2, 3} 
  8.  
  9.   
  10.  
  11. In [14]: type(s) 
  12.  
  13. Out[14]: set 
  14.  
  15.   
  16.  
  17. In [141]: s2 = set('jmilk'
  18.  
  19.   
  20.  
  21. In [142]: s2 
  22.  
  23. Out[142]: {'i''j''k''l''m' 

注意:set()函数只能接受迭代器(String、Tuple、List、Dict、set)作为参数。

  1. In [180]: s1 = set(1) 
  2.  
  3. --------------------------------------------------------------------------- 
  4.  
  5. TypeError                                 Traceback (most recent call last
  6.  
  7. <ipython-input-180-8804a520da97> in <module>() 
  8.  
  9. ----> 1 s1 = set(1) 
  10.  
  11.   
  12.  
  13. TypeError: 'int' object is not iterable  

传递一个非迭代器参数时会报错。

创建空集合

  1. set() -> new empty set object 

通过上面的例子,可见set类型数据和dict类型一样也是使用{}来标识,但是需要注意的是:dict类型可以使用dic = {}来创建一个空字典,set类型却不能,只能通过s = set()来创建。

  1. In [15]: s = set() 
  2.  
  3. In [16]: s 
  4.  
  5. Out[16]: set() 
  6.  
  7. In [17]: d = {} 
  8.  
  9. In [18]: d 
  10.  
  11. Out[18]: {} 
  12.  
  13. In [20]: type(s),type(d) 
  14.  
  15. Out[20]: (set, dict)  

注意:因为set()是一个可变的集合,其元素的数量是不固定的,所以有add()、remove()方法。但也因为其可变性所以set()类型的对象没有散列值(哈希值),同时也不能作为dict对象的key和其他set对象的元素。

哈希值:将长度不一的输入数据源,通过算法转换为长度一致的数据输出,以此来提高查找速度。

MD5:对文件或者数据源(字符串、数值)进行计算后得到一个固定的值,用来验证文件或数据源是否被篡改。一般用于文件的数字签名。

集合元素的唯一性

无论是set还是frozenset中的元素都是唯一的,会自动合并重叠元素。

  1. In [17]: li = [1,2,3,1,1,2,'a','b','a'
  2.  
  3. In [18]: s1 = set(li) 
  4.  
  5. In [19]: s2 = frozenset(li) 
  6.  
  7. In [20]: s1,s2 
  8.  
  9. Out[20]: ({1, 2, 3, 'a''b'}, frozenset({1, 2, 3, 'a''b'}))  

集合推导式

由一个迭代器推倒出一个新的集合。

  1. In [175]: set(x**2 for x in range(1,6) if x < 4) 
  2.  
  3. Out[175]: {1, 4, 9}  

set类型对象的内置方法

add()增加一个元素

add(…)  

Add an element to a set 

This has no effect if the element is already present. 

增加一个元素到set对象中,如果这个元素已经存在,则没有效果。

  1. In [41]: s1 = set(range(10)) 
  2.  
  3.   
  4.  
  5. In [42]: s1 
  6.  
  7. Out[42]: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} 
  8.  
  9.   
  10.  
  11. In [43]: s1.add(10) 
  12.  
  13.   
  14.  
  15. In [44]: s1 
  16.  
  17. Out[44]: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}  

remove()删除一个元素

remove(…)  

Remove an element from a set; it must be a member.  

If the element is not a member, raise a KeyError. 

指定删除set对象中的一个元素,如果集合中没有这个元素,则返回一个错误。

  1. In [47]: s1 
  2.  
  3. Out[47]: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} 
  4.  
  5.   
  6.  
  7. In [48]: s1.remove(0) 
  8.  
  9.   
  10.  
  11. In [49]: s1 
  12.  
  13. Out[49]: {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}  

一次只能删除i个元素。

pop()随机删除并返回一个元素

pop(…)  

Remove and return an arbitrary set element.  

Raises KeyError if the set is empty. 

随机删除并返回一个集合中的元素,若集合为空,则返回一个错误。

  1. In [65]: s2 = set(['j','m','i','l','k']) 
  2.  
  3.   
  4.  
  5. In [66]: s2.pop() 
  6.  
  7. Out[66]: 'i' 
  8.  
  9.   
  10.  
  11. In [67]: s2.pop() 
  12.  
  13. Out[67]: 'k'  

discard()删除一个元素

discard(…)  

Remove an element from a set if it is a member.  

If the element is not a member, do nothing. 

指定删除集合中的一个元素,若没有这个元素,则do nothing。

  1. In [90]: s1 
  2.  
  3. Out[90]: {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} 
  4.  
  5. In [91]: s1.discard(1) 
  6.  
  7. In [92]: s1 
  8.  
  9. Out[92]: {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} 
  10.  
  11. In [93]: s1.discard('abc'
  12.  
  13. In [94]: s1 
  14.  
  15. Out[94]: {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}  

clear()

clear(…)

Remove all elements from this set.

清空一个集合中的所有元素

  1. In [94]: s1 
  2.  
  3. Out[94]: {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} 
  4.  
  5. In [95]: s1.clear() 
  6.  
  7. In [96]: s1 
  8.  
  9. Out[96]: set()  

注意:上面列出的函数都是可变类型set对象独有的函数,除此之外还有一些set和frozenset共有的内置函数,我们后面再介绍。

不可变集合Frozenset

frozenset冻结集合,即不可变集合。frozenset的元素是固定的,一旦创建后就无法增加、删除和修改。其最大的优点是使用hash算法实现,所以执行速度快,而且frozenset可以作为dict字典的Key,也可以成为其他集合的元素。

frozenset()创建一个frozenset集合

  1. frozenset(object) 
  2.  
  3. frozenset() -> empty frozenset object 
  4.  
  5. frozenset(iterable) -> frozenset object 
  6.  
  7. Build an immutable unordered collection of unique elements.  

创建的固定的无序集合

  1. In [108]: f1 = frozenset() #空的frozenset集合 
  2.  
  3. In [109]: f2 = frozenset([1,2,3,'JMilk']) 
  4.  
  5. In [110]: f1,f2 
  6.  
  7. Out[110]: (frozenset(), frozenset({1, 2, 3, 'JMilk'}))  

set能够与frozenset作比较

  1. In [4]: s1 = set([1,2,3]) 
  2.  
  3. In [5]: s2 = frozenset([1,2,3]) 
  4.  
  5. In [6]: s1 == s2 
  6.  
  7. Out[6]: True  

set和frozenset的混合运算

两种类型集合之间的混合运算会返回第一个操作元素的类型。

  1. In [12]: s1 = set([1,2,3]) 
  2.  
  3. In [13]: s2 = frozenset([2,3,4]) 
  4.  
  5. In [14]: s3 = s1 | s2 
  6.  
  7. In [15]: s3,type(s3) 
  8.  
  9. Out[15]: ({1, 2, 3, 4}, set 

frozenset集合作为dic的key

  1. In [138]: f = frozenset(['name']) 
  2.  
  3. In [139]: dic = {f:'Jmilk'
  4.  
  5. In [140]: dic 
  6.  
  7. Out[140]: {frozenset({'name'}): 'Jmilk' 

set集合不可以作为Dictionary的Key:

  1. In [144]: s1 = set(['JMilk']) 
  2.  
  3. In [145]: dic = {s1:'name'
  4.  
  5. --------------------------------------------------------------------------- 
  6.  
  7. TypeError Traceback (most recent call last
  8.  
  9. <ipython-input-145-a2aec7bb3b32> in <module>() 
  10.  
  11. ----> 1 dic = {s1:'name'} 
  12.  
  13. TypeError: unhashable type: 'set' #不具有hash  

set、frozenset共有的内建函数

set与frozenset类型的集合都支持集合之间的比较、交、并、差操作,类似数据的集合关系比较。但是需要注意的是:因为frozenset是不可变集合,所以下列函数中带有’_update’关键字的函数,frozenset都不可以调用。

NOTE: 带有 _update 的函数,使用原位操作的方法实现,拥有更低的资源消耗。但是这样的话,函数是没有返回值的,即不能将结果赋值给一个新的变量。

intersection()、intersection_update()求交集

intersection(…)  

Return the intersection of two or more sets as a new set

返回一个由若干个集合经过交集运算后得到的新交集,可以传入多个迭代器类型的参数。即可以传递Tuple、List、、String、Dictionary、Set等类型参数。

集合之间求交集

  1. In [59]: s1 
  2.  
  3. Out[59]: {1, 2, 3, 'a''b'
  4.  
  5.   
  6.  
  7. In [60]: s2 
  8.  
  9. Out[60]: {3, 4, 5, 'b''c''d'
  10.  
  11.   
  12.  
  13. In [61]: s3 = set([1,3,8,9,10,'d''e','f']) 
  14.  
  15.   
  16.  
  17. In [62]: s4 = s1.intersection(s2,s3) 
  18.  
  19.   
  20.  
  21. In [63]: s4 
  22.  
  23. Out[63]: {3}  

注意:也可以使用逻辑与运算符 ‘&’

  1. In [28]: s3 = s1 & s2 
  2.  
  3. In [29]: s3 
  4.  
  5. Out[29]: {3, 'b' 

集合和列表求交集

  1. In [64]: li 
  2.  
  3. Out[64]: [1, 2, 3, 1, 1, 2, 'a''b''a'
  4.  
  5. In [65]: s4 = s1.intersection(li) 
  6.  
  7. In [66]: s4 
  8.  
  9. Out[66]: {1, 2, 3, 'a''b' 

集合和元组求交集

  1. In [67]: tup = (2,'a','c'
  2.  
  3. In [68]: s4 = s1.intersection(tup) 
  4.  
  5. In [69]: s4 
  6.  
  7. Out[69]: {2, 'a' 

集合和字符串求交集

注意:只能以String中的字符进行相交运算,不能与String的数字做运算。

  1. In [70]: str = '123abc' 
  2.  
  3. In [71]: s4 = s1.intersection(str) 
  4.  
  5. In [72]: s4 
  6.  
  7. Out[72]: {'a''b'
  8.  
  9. In [79]: s1 
  10.  
  11. Out[79]: {1, 2, 3, 'a''b' 

集合和字典求交集

注意:只能与字典中的Key进行相交运算。

  1. In [79]: s1 
  2.  
  3. Out[79]: {1, 2, 3, 'a''b'
  4.  
  5. In [80]: dic = {1:'name',2:'age'
  6.  
  7. In [81]: s4 = s1.intersection(dic) 
  8.  
  9. In [82]: s4 
  10.  
  11. Out[82]: {1, 2}  

intersection()与intersection_update()的区别

intersection_update(…)  

Update a set with the intersection of itself and another.  

更新一个经过相交后的集合给自己。

注意:当我们希望将两个对象相交后的结果更新给其中一个操作对象时,建议使用intersection_update()函数,这个函数使用原位操作的方法实现,拥有更低的资源消耗。但是intersection_update()函数是没有返回值的,即不能将结果赋值给一个新的变量。

  1. In [94]: s1 
  2.  
  3. Out[94]: {1, 2, 3, 'a''b'
  4.  
  5. In [95]: s2 
  6.  
  7. Out[95]: {3, 4, 5, 'b''c''d'
  8.  
  9. In [96]: s1.intersection_update(s2) 
  10.  
  11. In [97]: s1 
  12.  
  13. Out[97]: {3, 'b' 

union()、update()求并集

与intersection()一样,可以传递不同的迭代器类型参数。

union() 返回并集

union(…)  

Return the union of sets as a new set  

  1. In [108]: s4 
  2.  
  3. Out[108]: {1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 'a''b''c''d''de''f' 

注意:可以使用逻辑或运算符 ‘|’

  1. In [109]: s4 = s1 | s2 | s3 
  2.  
  3. In [110]: s4 
  4.  
  5. Out[110]: {1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 'a''b''c''d''de''f' 

update()更新并集

update(…)

Update a set with the union of itself and others.

update()方法没有返回值。

  1. In [111]: s1.update(s2,s3) 
  2.  
  3. In [112]: s1 
  4.  
  5. Out[112]: {1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 'a''b''c''d''de''f' 

difference()、difference_update()求差

difference()

difference(…)

Return the difference of two or more sets as a new set.

返回由一个集合中不存在于其他若干个集合的元素组成的新集合。

  1. In [122]: s1 
  2.  
  3. Out[122]: {1, 2, 3, 'a''b'
  4.  
  5. In [123]: s2 
  6.  
  7. Out[123]: {3, 4, 5, 'b''c''d'
  8.  
  9. In [124]: s3 = s1.difference(s2) 
  10.  
  11. In [125]: s3 
  12.  
  13. Out[125]: {1, 2, 'a' 

注意:可以使用算术运算符减 ‘-‘

  1. In [126]: s3 = s1 - s2 
  2.  
  3. In [127]: s3 
  4.  
  5. Out[127]: {1, 2, 'a' 

difference_update()

difference_update(…)

Remove all elements of another set from this set.

更新原来集合。

  1. In [130]: s1.difference_update(s2) 
  2.  
  3. In [131]: s1 
  4.  
  5. Out[131]: {1, 2, 'a' 

symmetric_difference()、symmetric_difference_update()求集合彼此之差的并集

symmetric_difference()

symmetric_difference(…)

Return the symmetric difference of two sets as a new set.

即返回(set1 – set2)|(set2 – set1)的结果

  1. In [138]: s1 
  2.  
  3. Out[138]: {1, 2, 3, 'a''b'
  4.  
  5. In [139]: s2 
  6.  
  7. Out[139]: {3, 4, 5, 'b''c''d'
  8.  
  9. In [140]: s3 = s1.symmetric_difference(s2) 
  10.  
  11. In [141]: s3 
  12.  
  13. Out[141]: {1, 2, 4, 5, 'a''c''d' 

等效于:

  1. In [147]: s1 - s2 
  2.  
  3. Out[147]: {1, 2, 'a'
  4.  
  5. In [148]: s2 - s1 
  6.  
  7. Out[148]: {4, 5, 'c''d'
  8.  
  9. In [144]: s3 = (s1 - s2)|(s2 - s1) 
  10.  
  11. In [145]: s3 
  12.  
  13. Out[145]: {1, 2, 4, 5, 'a''c''d' 

注意:可以使用^来代替

  1. In [142]: s3 = s1 ^ s2 
  2.  
  3. In [143]: s3 
  4.  
  5. Out[143]: {1, 2, 4, 5, 'a''c''d' 

symmetric_difference_update()

symmetric_difference_update(…)

Update a set with the symmetric difference of itself and another.

  1. In [150]: s1.symmetric_difference_update(s2) 
  2.  
  3. In [151]: s1 
  4.  
  5. Out[151]: {1, 2, 4, 5, 'a''c''d' 

集合间的关系

相等:只有每一个一个set都互相是另一个set的子集时,这两个set才相等。

小于(set1包含于set2):只有当第一个set1是另一个set2的子集,别且两个set不相等时,第一个set1小于第二个set2。

大于(set1包含set2):只有第一个set1是第二个set2的超集、并且两者不相等时,第一个set2大于第二个set2。

isdisjoint()两个集合不相交

isdisjoint(…)

Return True if two sets have a null intersection.

即set1 & set2 == set() 时,为True

  1. In [155]: s1 
  2.  
  3. Out[155]: {1, 2, 4, 5, 'a''c''d'
  4.  
  5. In [156]: s2 
  6.  
  7. Out[156]: {3, 4, 5, 'b''c''d'
  8.  
  9. In [158]: (s1 - s2) & s2 == set() 
  10.  
  11. Out[158]: True 
  12.  
  13. In [159]: s2.isdisjoint(s1-s2) 
  14.  
  15. Out[159]: True  

issuperset()一个集合包含另一个集合

issuperset(…)

Report whether this set contains another set.

  1. In [169]: s1 
  2.  
  3. Out[169]: {0, 1, 2} 
  4.  
  5. In [170]: s2 
  6.  
  7. Out[170]: {0, 1, 2, 3, 4} 
  8.  
  9. In [172]: s2.issuperset(s1) 
  10.  
  11. Out[172]: True  

s2大于s1

issubset()一个集合包含于另一个集合

issubset(…)

Report whether another set contains this set.

  1. In [169]: s1 
  2.  
  3. Out[169]: {0, 1, 2} 
  4.  
  5. In [170]: s2 
  6.  
  7. Out[170]: {0, 1, 2, 3, 4} 
  8.  
  9. In [171]: s1.issubset(s2) 
  10.  
  11. Out[171]: True  

s1被s2包含

集合的数据类型转换

主要转换为序列类型。

  1. In [1]: set1 = set(range(5)) 
  2.  
  3. In [2]: li = list(set1) 
  4.  
  5. In [3]: tup = tuple(set1) 
  6.  
  7. In [4]: string = str(set1) 
  8.  
  9. In [5]: li,tup,string 
  10.  
  11. Out[5]: ([0, 1, 2, 3, 4], (0, 1, 2, 3, 4), 'set([0, 1, 2, 3, 4])' 

最后

集合是一个非常有意思的数据结构,他或许不被经常使用,但是在比较严格的执行环境下,集合是一个非常好的选择。

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【责任编辑:枯木 TEL:(010)68476606】

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