在 Python 中，集合（Set） 是一种无序、可变的数据结构，用于存储唯一的（不可重复的）元素。集合支持高效的成员检测、并集、交集等数学运算。以下是 Python 集合的详细用法和示例：
1. 创建集合
方式 1：使用花括号 {}
# 空集合必须用 set() 创建，{} 表示空字典
empty_set = set()
# 带初始值的集合
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
fruits = {"apple", "banana", "orange"}
方式 2：使用 set() 构造函数
# 从列表创建集合（自动去重）
unique_numbers = set([1, 2, 2, 3, 4, 4])
print(unique_numbers) # 输出: {1, 2, 3, 4}
# 从字符串创建集合（拆分字符并去重）
letters = set("hello")
print(letters) # 输出: {'h', 'e', 'l', 'o'}（顺序可能不同）
2. 集合的特性
- 唯一性：集合会自动去重，不允许重复元素。
- 无序性：集合中的元素没有固定顺序（Python 3.7+ 后仍不保证顺序）。
- 可变性：集合是可变的（可添加/删除元素），但元素必须是不可变类型（如
int、str、tuple，不能是list或dict）。
3. 集合的基本操作
添加元素
fruits = {"apple", "banana"}
fruits.add("orange") # 添加单个元素
print(fruits) # 输出: {'apple', 'banana', 'orange'}
更新集合（批量添加）
fruits.update(["grape", "mango"]) # 添加多个元素
print(fruits) # 输出: {'apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'mango'}
删除元素
fruits.remove("apple") # 删除指定元素（如果不存在则报错 KeyError）
fruits.discard("banana") # 删除元素（不存在也不会报错）
popped_item = fruits.pop() # 随机删除并返回一个元素
清空集合
fruits.clear() # 清空集合
print(fruits) # 输出: set()
4. 集合的数学运算
并集（Union）
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}
print(set1 | set2) # 输出: {1, 2, 3, 4, 5}
print(set1.union(set2)) # 等效写法
交集（Intersection）
print(set1 & set2) # 输出: {3}
print(set1.intersection(set2)) # 等效写法
差集（Difference）
print(set1 - set2) # 输出: {1, 2}（set1 有而 set2 没有的元素）
print(set1.difference(set2)) # 等效写法
对称差集（Symmetric Difference）
print(set1 ^ set2) # 输出: {1, 2, 4, 5}（仅在其中一个集合中的元素）
print(set1.symmetric_difference(set2)) # 等效写法
5. 集合的比较运算
set_a = {1, 2, 3}
set_b = {1, 2, 3, 4}
# 子集检查
print(set_a <= set_b) # True（set_a 是 set_b 的子集）
print(set_a.issubset(set_b)) # 等效写法
# 超集检查
print(set_b >= set_a) # True（set_b 是 set_a 的超集）
print(set_b.issuperset(set_a)) # 等效写法
# 严格子集/超集（不等于）
print(set_a < set_b) # True
print(set_b > set_a) # True
6. 集合推导式（Set Comprehension）
# 生成平方数集合
squares = {x**2 for x in range(5)}
print(squares) # 输出: {0, 1, 4, 9, 16}
# 过滤偶数
even_numbers = {x for x in range(10) if x % 2 == 0}
print(even_numbers) # 输出: {0, 2, 4, 6, 8}
7. 冻结集合（Frozen Set）
如果需要一个不可变的集合（例如作为字典的键），可以使用 frozenset：
frozen = frozenset([1, 2, 3])
print(frozen) # 输出: frozenset({1, 2, 3})
# frozenset 可以作为字典的键
d = {frozenset([1, 2]): "value"}
8. 集合的常见应用
去重
lst = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique_lst = list(set(lst))
print(unique_lst) # 输出: [1, 2, 3, 4, 5]
快速成员检测
if "apple" in fruits:
print("Found!")
统计唯一值
words = ["hello", "world", "hello", "python"]
unique_words = set(words)
print(len(unique_words)) # 输出: 3
9. 注意事项
-
集合是无序的，不能通过索引访问元素。
-
集合的元素必须是不可变类型（如
int、str、tuple），不能包含list或dict。invalid_set = {[1, 2], 3} # TypeError: unhashable type: 'list' -
空集合必须用
set()创建，{}表示空字典。
集合方法
| 方法 | 作用 | 示例 |
|---|---|---|
add(elem) | 添加单个元素 | s.add(1) |
update(iterable) | 添加多个元素 | s.update([1, 2, 3]) |
remove(elem) | 删除元素（不存在则报错） | s.remove(1) |
discard(elem) | 删除元素（不存在不报错） | s.discard(1) |
pop() | 随机删除并返回一个元素 | s.pop() |
clear() | 清空集合 | s.clear() |
union(set2) / | | 并集 | s1 | s2 |
intersection(set2) / & | 交集 | s1 & s2 |
difference(set2) / - | 差集 | s1 - s2 |
symmetric_difference(set2) / ^ | 对称差集 | s1 ^ s2 |
issubset(set2) / <= | 子集检查 | s1 <= s2 |
issuperset(set2) / >= | 超集检查 | s1 >= s2 |
isdisjoint(set2) | 无交集检查 | s1.isdisjoint(s2) |
copy() | 浅拷贝集合 | s.copy() |
总结
- 集合适用于需要唯一值、高效成员检测或数学运算（如并集、交集）的场景。
- 使用
add()、remove()、update()等方法操作集合。 - 通过
|、&、-、^等符号或union()、intersection()等方法进行集合运算。
如果需要不可变集合，可以使用 frozenset。
