不間斷 Python 挑戰 Day 18 - 集合 (Set)

2022/01/03閱讀時間約 11 分鐘

Python提供集合做為其資料結構，它就如同高中數學所學集合的概念，集合的內容一般來說是具有某種特性的事物的整體，例如考試分數及格的群體、數字1到100內的所有奇數、球箱內所有球的顏色等。因此，在一個集合中，每個元素的地位都是相同且無序，並且只能出現一次，集合和集合之間，也可以進行交集、聯集、差集等的操作。集合的元素必須是不可變的(immutable)，也就是當該元素的物件被創造出來後，值沒辦法被改變，若修改其值會創造出一個新的物件，例如整數(int)、浮點數(float)、字串(string)、元組(tuple)等；可變的(mutable)物件則不能做為集合的元素，例如串列(list)、字典(dict)、集合(set)等。

集合

集合可以使用大括號「{ }」或是set()函數來建立。使用大括號時和字典類似，但只有鍵，沒有值，例如以下建立一個台灣直轄市的集合：

cities_set = {"台北市", "新北市", "桃園市", "台中市", "台南市", "高雄市"}
print(cities_set)
print(type(cities_set))

執行結果：

{'高雄市', '台北市', '台中市', '桃園市', '台南市', '新北市'}
<class 'set'>

前面提過集合中的元素只能出現一次，重複出現的元素會被自動刪除，例如：

cities_set = {"台北市", "新北市", "新北市", "桃園市", "台中市", "台南市", "高雄市"}
print(cities_set)

執行結果：

{'台中市', '台北市', '高雄市', '桃園市', '台南市', '新北市'}

使用set()函數建立集合的方式如下：

內容為字串：

str_set = set("This is my marathon Python challenge.")
print(str_set)

執行結果，注意重複的字母只會出現一次：

{'o', 'r', 's', 'y', 'P', 'e', 'm', 'i', '.', 'n', 't', 'a', 'c', ' ', 'l', 'g', 'h', 'T'}

內容為串列，將被轉換為集合：

list_set = set(["台北市", "新北市", "桃園市", "台中市", "台南市", "高雄市"])
print(list_set)

執行結果：

{'新北市', '高雄市', '台北市', '台中市', '台南市', '桃園市'}

內容為字典，其鍵將被轉換為集合，其值會被忽略：

dict_set = set({"台北市": 2531659, "新北市": 4011586, "桃園市": 2272452, "台中市": 2814422, "台南市": 1863435, "高雄市": 2746939})
print(dict_set)

執行結果：

{'台中市', '台南市', '台北市', '新北市', '桃園市', '高雄市'}

內容為元組，將被轉換為集合：

tuple_set = set(("台北市", "新北市", "桃園市", "台中市", "台南市", "高雄市"))
print(tuple_set)

執行結果：

{'新北市', '高雄市', '台北市', '台中市', '台南市', '桃園市'}

空集合

空集合的建立方式只能使用set()函數，若使用大括號則和建立空字典的方式相同，會被Python認為是字典的資料型態。

empty_set = {}
print(type(empty_set))
empty_set = set()
print(type(empty_set))

執行結果：

<class 'dict'>
<class 'set'>

增加與刪除集合元素

集合元素的內容是不可變的，但集合的元素可以被增加或刪除。

使用add()方法來增加集合的元素

cities_set.add("新竹市")
print(cities_set)

執行結果：

{'台中市', '新竹市', '高雄市', '桃園市', '新北市', '台南市', '台北市'}

使用remove()方法來刪除集合的元素

cities_set.remove("新竹市")
print(cities_set)

執行結果：

{'台中市', '台北市', '高雄市', '新北市', '桃園市', '台南市'}

集合的操作(聯集、交集、差集、對稱差集)

聯集(Union)

假設有A、B兩個集合，若想取得A、B兩集合內的所有元素可以使用聯集，Python的運算子符號為「|」。例如以下例子：A集合是3的倍數、B集合是5的倍數，則A、B聯集為3的倍數或5的倍數。

A_set = {3, 6, 9, 12, 15}
B_set = {5, 10, 15}
AB_union = A_set | B_set
print(AB_union)

執行結果：

{3, 5, 6, 9, 10, 12, 15}

交集(Intersection)

假設有A、B兩個集合，若想取得A、B兩集合內共同存在的元素可以使用交集，Python的運算子符號為「&」。承上範例，A、B聯集為3與5的公倍數。

A_set = {3, 6, 9, 12, 15}
B_set = {5, 10, 15}
AB_intersection = A_set & B_set
print(AB_intersection)

執行結果：

{15}

差集(difference)

假設有A、B兩個集合，若想取得屬於A集合但不屬於B集合的元素可以使用差集，Python的運算子符號為「-」。承上範例，A、B差集為3的倍數但不為5的倍數。

A_set = {3, 6, 9, 12, 15}
B_set = {5, 10, 15}
AB_difference = A_set - B_set
print(AB_difference)

執行結果：

{9, 3, 12, 6}

對稱差集(symmetric difference)

假設有A、B兩個集合，若想取得屬於A集合或是B集合的元素，但排除同時屬於A集合和B集合的元素，可以使用對稱差集，Python的運算子符號為「^」。承上範例，A、B的對稱差集為3的倍數或5的倍數，但不為3和5的公倍數。

A_set = {3, 6, 9, 12, 15}
B_set = {5, 10, 15}
AB_sym_difference = A_set ^ B_set
print(AB_sym_difference)

執行結果：

{3, 5, 6, 9, 10, 12}

子集合(subset)與父集合(superset)

假設有A、B兩個集合，若A集合的所有元素都存在於B集合，則稱A集合為B集合的子集合、B集合為A集合的父集合，Python用來判斷是否為子集合的函數為issubset()、用來判斷是否為父集合的函數為issuperset()，若相等則傳回True、不相等則傳回False。

A_set = {3, 6, 9, 12, 15}
B_set = {3, 5, 6, 9, 10, 12, 15}
print(f"Is A_set a subset of B_set? {A_set.issubset(B_set)}")
print(f"Is B_set a superset of A_set? {B_set.issuperset(A_set)}")

執行結果：

Is A_set a subset of B_set? True
Is B_set a superset of A_set? True

相等集合

Python用來判斷兩集合是否相等的運算子符號為「==」，若相等則傳回True、不相等則傳回False。

A_set = {3, 6, 9, 12, 15}
B_set = {3, 5, 6, 9, 10, 12, 15}
C_set = {3, 6, 9, 12, 15}
print(f"Is A_set the same as B_set? {A_set == B_set}")
print(f"Is A_set the same as C_set? {A_set == C_set}")

執行結果：

Is A_set the same as B_set? False
Is A_set the same as C_set? True

使用for迴圈迭代

集合可以使用for迴圈迭代，但必須記得集合是無序的資料結構，不能使用索引值來取值。

for city in cities_set:
　　print(city, end=" ")

執行結果：

高雄市 桃園市 台南市 新北市 台北市 台中市

集合生成

集合和for迴圈結合，可以簡潔的方式產生元組，例如前面例子的A_set，我們手動鍵入1到15範圍內的3的倍數，其實也可以這樣產生：

A_set = {num for num in range(1, 16) if num % 3 == 0}
print(A_set)

執行結果：

{3, 6, 9, 12, 15}

程式範例

本文程式範例收錄於：
https://github.com/wjweng/marathon_python/blob/master/Day1_to_25/marathon_python_day18.py

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