1、Set 简介

Set 是 Python 中的一种无序、不重复元素集，基本功能包括关系测试和消除重复元素。Set 对象支持数学运算如并集、交集、差集和对称差集。

2、Set 基本操作

2.1、创建 Set

# 使用花括号创建
fruits = {'apple', 'orange', 'banana', 'apple'}
print(fruits)  # 输出: {'banana', 'orange', 'apple'} (重复项被移除)

# 使用 set() 构造函数
numbers = set([1, 2, 3, 2, 1])
print(numbers)  # 输出: {1, 2, 3}

# 空集合必须使用 set() 而不是 {}
empty_set = set()
print(type(empty_set))  # 输出: <class 'set'>

2.2、添加和删除元素

my_set = {1, 2, 3}

# 添加元素
my_set.add(4)
print(my_set)  # 输出: {1, 2, 3, 4}

# 添加多个元素
my_set.update([5, 6, 7])
print(my_set)  # 输出: {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

# 删除元素 (如果元素不存在会引发 KeyError)
my_set.remove(3)
print(my_set)  # 输出: {1, 2, 4, 5, 6, 7}

# 安全删除元素 (如果元素不存在不会报错)
my_set.discard(10)
print(my_set)  # 输出不变

# 随机删除并返回一个元素
popped = my_set.pop()
print(f"删除了: {popped}, 剩余: {my_set}")

# 清空集合
my_set.clear()
print(my_set)  # 输出: set()

2.3、集合运算

A = {1, 2, 3, 4, 5}
B = {4, 5, 6, 7, 8}

# 并集
print(A | B)        # 输出: {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}
print(A.union(B))   # 同上

# 交集
print(A & B)              # 输出: {4, 5}
print(A.intersection(B))  # 同上

# 差集 (在A中但不在B中)
print(A - B)              # 输出: {1, 2, 3}
print(A.difference(B))    # 同上

# 对称差集 (在A或B中，但不同时在两者中)
print(A ^ B)                      # 输出: {1, 2, 3, 6, 7, 8}
print(A.symmetric_difference(B))  # 同上

2.4、集合比较

C = {1, 2}
D = {1, 2, 3}

# 子集检查
print(C.issubset(D))    # 输出: True
print(C <= D)           # 同上

# 真子集检查
print(C < D)            # 输出: True

# 超集检查
print(D.issuperset(C))  # 输出: True
print(D >= C)           # 同上

# 真超集检查
print(D > C)            # 输出: True

# 不相交检查
E = {4, 5}
print(C.isdisjoint(E))  # 输出: True

3、Set注意事项

Set 中的元素必须是不可变的（数字、字符串、元组等），不能包含列表、字典或其他可变类型

# 这会报错
# invalid_set = {[1, 2], [3, 4]}

# 但可以包含元组
valid_set = {(1, 2), (3, 4)}
# Set 是无序的，不能通过索引访问元素


my_set = {'a', 'b', 'c'}
# print(my_set[0])  # 这会报错
# 使用 set() 而不是 {} 创建空集合；{}创建的事 字典项


empty_dict = {}    # 这是一个空字典
empty_set = set()  # 这是一个空集合
# Set 对于成员检测非常高效（O(1)时间复杂度），比列表快得多


# 对于大型数据集，使用集合进行成员检测更高效
large_list = list(range(1000000))
large_set = set(large_list)

# 测试列表成员检测 (较慢)
# 999999 in large_list

# 测试集合成员检测 (很快)
# 999999 in large_set

4、Set使用实际应用案例

4.1、数据去重

# 从列表中去除重复项
names = ['Alice', 'Bob', 'Alice', 'Charlie', 'Bob']
unique_names = list(set(names))
print(unique_names)  # 输出: ['Charlie', 'Bob', 'Alice'] (顺序可能不同)

4.2、查找共同元素

# 找出两个列表中的共同朋友
my_friends = {'Alice', 'Bob', 'Charlie', 'David'}
her_friends = {'Bob', 'David', 'Eve', 'Frank'}

common_friends = my_friends & her_friends
print(common_friends)  # 输出: {'Bob', 'David'}

4.3、词频统计辅助

# 使用集合快速检查是否已处理过某个词
text = "the quick brown fox jumps over the lazy dog"
words = text.split()
seen_words = set()
unique_words = []

for word in words:
    if word not in seen_words:
        unique_words.append(word)
        seen_words.add(word)

print(unique_words)  # 输出: ['the', 'quick', 'brown', 'fox', 'jumps', 'over', 'lazy', 'dog']

4.4、权限管理系统

# 使用集合管理用户权限
class User:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.permissions = set()
    
    def add_permission(self, permission):
        self.permissions.add(permission)
    
    def has_permission(self, permission):
        return permission in self.permissions
    
    def has_all_permissions(self, required_permissions):
        return required_permissions.issubset(self.permissions)
    
    def has_any_permission(self, required_permissions):
        return not self.permissions.isdisjoint(required_permissions)

# 创建用户并分配权限
user = User("Alice")
user.add_permission("read")
user.add_permission("write")

# 检查权限
print(user.has_permission("read"))  # 输出: True
print(user.has_permission("delete"))  # 输出: False

required = {"read", "write"}
print(user.has_all_permissions(required))  # 输出: True

any_required = {"write", "delete"}
print(user.has_any_permission(any_required))  # 输出: True (因为有write权限)