Python常用数据结构——集合

集合
什么是集合
集合（Set）是 Python 中一种无序且元素唯一的数据结构。与列表和元组不同，集合中的元素没有顺序，并且每个元素在集合中只能出现一次。集合主要用于存储一组不重复的元素，常用于去除重复项或执行集合操作，如并集、交集、差集等。

在集合中，元素是无序排列的，这意味着你不能通过索引访问集合中的元素，因为集合没有固定的顺序。另外，集合中的元素必须是不可变的类型，例如数字、字符串、元组等。集合本身是可变的，可以动态添加或删除元素。

集合在 Python 中使用大括号 {} 或者 set() 函数来创建。如果要创建一个空集合，必须使用 set() 而不是 {}，因为 {} 创建的是空字典。例如：

# 创建一个集合
student = {
   'Tom', 'Jim', 'Mary', 'Tom', 'Jack', 'Rose', 1, 2}
a = set('who what how when')

# 创建一个空集合
b = set()

需要注意的是，前面创建的集合都是可变集合。若要创建不可变集合，则要使用frozenset()函数来创建，具体代码如下：

numset = frozenset([1,2,3,4,5,6])

集合的两个基本功能
集合的两个基本功能分别是去重和成员测试。

去重是指把一个还有重复元素的列表或元组等数据类型转变成集合，其中的重复元素只出现一次。

成员测试，即判断元素是否在集合内。

代码如下：

# 定义一个集合
stus = {
   '张平', '李亮', '张可', '赵杰', '李亮', '赵杰', 10, 52, 10,52,'张可', '周涛'}
print('输出集合，重复的元素被自动去掉：', stus)

# 成员测试
if ('张可' in stus):
    print('\n张可在集合中， 所以张可是一名学术！')
else:
    print('\n张可不在集合中， 所以张可不是一名学术！')

if ('李杰' in stus):
    print('\n李杰在集合中，所以李杰是一名学生！')
else:
    print('\n李杰不在集合中，所以李杰不是一名学生！')

运行结果如下图：

集合的运算符
集合的运算符及意义


在上面的表格中，“数学符号”列显示了常见的数学符号，而“Python符号”列展示了相应的 Python 符号，而“说明”列则解释了每种集合运算符的含义。这些运算符可用于执行各种集合操作，如并集、交集、差集等。

示例代码如下：

a = set('I like Python!')
b = set('I love Java too!')

print('a 集合中的元素：',a, '\n')
print('b 集合中的元素：',b, '\n')
print('集合的差、并、交集运算结果：\n')
print('a和b的差集：', a - b, '\n')
print('a和b的并集：', a | b, '\n')
print('a和b的交集：', a & b, '\n')
print('集合的其他运算结果：\n')
print('a和b中不同时存在的元素：', a ^ b, '\n')
print('a和b的真子集：', a < b)
print('a和b的子集：', a <= b)
print('a和b的真超集：', a > b)
print('a和b的超集：‘', a >= b)
print('a和b的相等：', a == b)
print('a和b的不相等：', a != b)
print('集合的成员测试运算结果：\n')
print('a属于b:',a in b)
print('a不属于b:',a not in b)

运行结果如下：

a 集合中的元素： {
   't', 'n', 'l', 'e', 'P', 'o', 'i', ' ', 'y', 'k', 'I', '!', 'h'} 

b 集合中的元素： {
   't', 'l', 'o', 'e', 'a', ' ', 'J', 'I', '!', 'v'} 

集合的差、并、交集运算结果：

a和b的差集： {
   'n', 'P', 'i', 'y', 'k', 'h'} 

a和b的并集： {
   't', 'e', 'o', ' ', 'J', 'v', 'k', 'n', 'l', 'P', 'i', 'y', 'I', '!', 'a', 'h'} 

a和b的交集： {
   't', 'l', 'e', 'o', ' ', 'I', '!'} 

集合的其他运算结果：

a和b中不同时存在的元素： {
   'n', 'P', 'a', 'i', 'J', 'y', 'k', 'v', 'h'} 

a和b的真子集： False
a和b的子集： False
a和b的真超集： False
a和b的超集：‘ False
a和b的相等： False
a和b的不相等： True
集合的成员测试运算结果：

a属于b: False
a不属于b: True

示例：利用集合实现无重复的随机数排序

import random
mynum = input('请输入要排序的数字个数：')
mylist1 = []
for i in range(int(mynum)):
    num = random.randint(100, 1000)
    mylist1.append(num)
    mylist1.sort()
    print('输入的数字排序：',  mylist1)

myset1 = set(mylist1)
print('\n\n无重复数字：', myset1)
print('\n升序排列无重复数字：', sorted(myset1))
print('\n降序排列无重复数字：', sorted(mylist1, reverse=True))

运行结果如下：

请输入要排序的数字个数：20
输入的数字排序： [638]
输入的数字排序： [556, 638]
输入的数字排序： [446, 556, 638]
输入的数字排序： [446, 556, 638, 673]
输入的数字排序： [446, 556, 638, 673, 705]
输入的数字排序： [446, 556, 638, 673, 705, 721]
输入的数字排序： [293, 446, 556, 638, 673, 705, 721]
输入的数字排序： [293, 446, 482, 556, 638, 673, 705, 721]
输入的数字排序： [163, 293, 446, 482, 556, 638, 673, 705, 721]
输入的数字排序： [163, 293, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 721]
输入的数字排序： [163, 293, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721]
输入的数字排序： [163, 293, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 377, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 377, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 836, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 377, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 836, 917, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 349, 377, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 836, 917, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 349, 377, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 800, 836, 917, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 349, 377, 446, 482, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 800, 808, 836, 917, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 349, 377, 446, 482, 526, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 800, 808, 836, 917, 934]
输入的数字排序： [163, 293, 349, 377, 430, 446, 482, 526, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 800, 808, 836, 917, 934]


无重复数字： {
   526, 917, 800, 673, 163, 293, 934, 808, 556, 430, 697, 446, 705, 708, 836, 721, 349, 482, 377, 638}

升序排列无重复数字： [163, 293, 349, 377, 430, 446, 482, 526, 556, 638, 673, 697, 705, 708, 721, 800, 808, 836, 917, 934]

降序排列无重复数字： [934, 917, 836, 808, 800, 721, 708, 705, 697, 673, 638, 556, 526, 482, 446, 430, 377, 349, 293, 163]

集合是一个非常有用的数据结构，特别适合处理需要保持唯一性的元素的情况。通过使用集合运算，可以方便地进行交集、并集、差集等操作。