跟老齐学Python之集合(set)

回顾一下已经了解的数据类型:int/str/bool/list/dict/tuple

还真的不少了.

不过,python是一个发展的语言,没准以后还出别的呢.看官可能有疑问了,出了这么多的数据类型,我也记不住呀,特别是里面还有不少方法.

不要担心记不住,你只要记住爱因斯坦说的就好了.

    爱因斯坦在美国演讲，有人问："你可记得声音的速度是多少？你如何记下许多东西？"
    爱因斯坦轻松答道："声音的速度是多少，我必须查辞典才能回答。因为我从来不记在辞典上已经印着的东西，我的记忆力是用来记忆书本上没有的东西。"

多么霸气的回答,这回答不仅仅霸气,更是在告诉我们一种方法:只要能够通过某种方法查找到的,就不需要记忆.

那么,上面那么多数据类型的各种方法,都不需要记忆了,因为它们都可以通过下述方法但不限于这些方法查到(这句话的逻辑还是比较严密的,包括但不限于...)

交互模式下用dir()或者help()
google(不推荐Xdu,原因自己体会啦)

为了能够在总体上对已经学习过的数据类型有了解,我们不妨做如下分类:

1.是否为序列类型:即该数据的元素是否能够索引.其中序列类型的包括str/list/tuple
2.是否可以原处修改:即该数据的元素是否能够原处修改(特别提醒看官,这里说的是原处修改问题,有的资料里面说str不能修改,也是指原处修改问题.为了避免误解,特别强调了原处).能够原处修改的是list/dict(特别说明,dict的键必须是不可修改的,dict的值可原处修改)
什么原处修改?看官能不能在交互模式下通过实例解释一下?

到这里,看官可千万不要以为本讲是复习课.本讲的主要内容不是复习,主要内容是要向看官介绍一种新的数据类型:集合(set).彻底晕倒了,到底python有多少个数据类型呢?又多出来了一个.

从基本道理上说,python中的数据类型可以很多,因为每个人都可以自己定义一种数据类型.但是,python官方认可或者说内置的数据类型,就那么几种了.基本上今天的set讲完,就差不多了.在以后的开发过程中,包括今天和以往介绍的数据类型,是常用的.当然,自己定义一个也可以,但是用原生的更好.

创建set

tuple算是list和str的杂合(杂交的都有自己的优势,上一节的末后已经显示了),那么set则可以堪称是list和dict的杂合.

set拥有类似dict的特点:可以用{}花括号来定义；其中的元素没有序列,也就是是非序列类型的数据;而且,set中的元素不可重复,这就类似dict的键.

set也有继承了一点list的特点:如可以原处修改(事实上是一种类别的set可以原处修改,另外一种不可以).

下面通过实验,进一步理解创建set的方法:

    >>> s1 = set("qiwsir") #把str中的字符拆解开,形成set.特别注意观察:qiwsir中有两个i
    >>> s1         #但是在s1中,只有一个i,也就是不能重复
    set(['q', 'i', 's', 'r', 'w'])

    >>> s2 = set([123,"google","face","book","facebook","book"])  #通过list创建set.不能有重复,元素可以是int/str
    >>> s2
    set(['facebook', 123, 'google', 'book', 'face'])        #元素顺序排列不是按照指定顺序

    >>> s3 = {"facebook",123}    #通过{}直接创建
    >>> s3
    set([123, 'facebook'])

再大胆做几个探究,请看官注意观察结果:

    >>> s3 = {"facebook",[1,2,'a'],{"name":"python","lang":"english"},123}
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unhashable type: 'dict'

    >>> s3 = {"facebook",[1,2],123}
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unhashable type: 'list'

从上述实验中,可以看出,通过{}无法创建含有list/dict元素的set.

继续探索一个情况:

    >>> s1
    set(['q', 'i', 's', 'r', 'w'])
    >>> s1[1] = "I"
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: 'set' object does not support item assignment

    >>> s1   
    set(['q', 'i', 's', 'r', 'w'])
    >>> lst = list(s1)
    >>> lst
    ['q', 'i', 's', 'r', 'w']
    >>> lst[1] = "I"
    >>> lst
    ['q', 'I', 's', 'r', 'w']

上面的探索中,将set和list做了一个对比,虽然说两者都能够做原处修改,但是,通过索引编号(偏移量)的方式,直接修改,list允许,但是set报错.

那么,set如何修改呢?

更改set

还是用前面已经介绍过多次的自学方法,把set的有关内置函数找出来,看看都可以对set做什么操作.

    >>> dir(set)
    ['__and__', '__class__', '__cmp__', '__contains__', '__delattr__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__iand__', '__init__', '__ior__', '__isub__', '__iter__', '__ixor__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__or__', '__rand__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__ror__', '__rsub__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__xor__', 'add', 'clear', 'copy', 'difference', 'difference_update', 'discard', 'intersection', 'intersection_update', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'pop', 'remove', 'symmetric_difference', 'symmetric_difference_update', 'union', 'update']

为了看的清楚,我把双划线__开始的先删除掉(后面我们会有专题讲述这些):

'add', 'clear', 'copy', 'difference', 'difference_update', 'discard', 'intersection', 'intersection_update', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'pop', 'remove', 'symmetric_difference', 'symmetric_difference_update', 'union', 'update'

然后用help()可以找到每个函数的具体使用方法,下面列几个例子:

增加元素

    >>> help(set.add)

    Help on method_descriptor:

    add(...)
    Add an element to a set. 
    This has no effect if the element is already present.

下面在交互模式这个最好的实验室里面做实验:

    >>> a_set = {}       #我想当然地认为这样也可以建立一个set
    >>> a_set.add("qiwsir")   #报错.看看错误信息,居然告诉我dict没有add.我分明建立的是set呀.
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    AttributeError: 'dict' object has no attribute 'add'
    >>> type(a_set)       #type之后发现,计算机认为我建立的是一个dict   
    <type 'dict'>

特别说明一下,{}这个东西,在dict和set中都用.但是,如上面的方法建立的是dict,不是set.这是python规定的.要建立set,只能用前面介绍的方法了.

    >>> a_set = {'a','i'}    #这回就是set了吧
    >>> type(a_set)
     <type 'set'>       #果然

    >>> a_set.add("qiwsir")   #增加一个元素
    >>> a_set          #原处修改,即原来的a_set引用对象已经改变
    set(['i', 'a', 'qiwsir'])

    >>> b_set = set("python")
    >>> type(b_set)
    <type 'set'>
    >>> b_set
    set(['h', 'o', 'n', 'p', 't', 'y'])
    >>> b_set.add("qiwsir")
    >>> b_set
    set(['h', 'o', 'n', 'p', 't', 'qiwsir', 'y'])

    >>> b_set.add([1,2,3])   #这样做是不行滴,跟前面一样,报错.
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unhashable type: 'list'

    >>> b_set.add('[1,2,3]')  #可以这样!
    >>> b_set
    set(['[1,2,3]', 'h', 'o', 'n', 'p', 't', 'qiwsir', 'y'])

除了上面的增加元素方法之外,还能够从另外一个set中合并过来元素,方法是set.update(s2)

    >>> help(set.update)
    update(...)
      Update a set with the union of itself and others.

    >>> s1
    set(['a', 'b'])
    >>> s2
    set(['github', 'qiwsir'])
    >>> s1.update(s2)    #把s2的元素并入到s1中.
    >>> s1         #s1的引用对象修改
    set(['a', 'qiwsir', 'b', 'github'])
    >>> s2         #s2的未变
    set(['github', 'qiwsir'])

删除

    >>> help(set.pop)
    pop(...)
      Remove and return an arbitrary set element.
      Raises KeyError if the set is empty.

    >>> b_set
    set(['[1,2,3]', 'h', 'o', 'n', 'p', 't', 'qiwsir', 'y'])
    >>> b_set.pop()   #从set中任意选一个删除,并返回该值
    '[1,2,3]'
    >>> b_set.pop()
    'h'
    >>> b_set.pop()
    'o'
    >>> b_set
    set(['n', 'p', 't', 'qiwsir', 'y'])

    >>> b_set.pop("n") #如果要指定删除某个元素,报错了.
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: pop() takes no arguments (1 given)

set.pop()是从set中任意选一个元素,删除并将这个值返回.但是,不能指定删除某个元素.报错信息中就告诉我们了,pop()不能有参数.此外,如果set是空的了,也报错.这条是帮助信息告诉我们的,看官可以试试.

要删除指定的元素,怎么办?

    >>> help(set.remove)

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

      If the element is not a member, raise a KeyError.
    set.remove(obj)中的obj,必须是set中的元素,否则就报错.试一试:

    >>> a_set
    set(['i', 'a', 'qiwsir'])
    >>> a_set.remove("i")
    >>> a_set
    set(['a', 'qiwsir'])
    >>> a_set.remove("w")
    Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
    KeyError: 'w'

跟remove(obj)类似的还有一个discard(obj):

help(set.discard)

discard(...)
Remove an element from a set if it is a member.

If the element is not a member, do nothing.  

与help(set.remove)的信息对比,看看有什么不同.discard(obj)中的obj如果是set中的元素,就删除,如果不是,就什么也不做,do nothing.新闻就要对比着看才有意思呢.这里也一样.

    >>> a_set.discard('a')
    >>> a_set    
    set(['qiwsir'])
    >>> a_set.discard('b')
    >>>

在删除上还有一个绝杀,就是set.clear(),它的功能是:Remove all elements from this set.(看官自己在交互模式下help(set.clear))

    >>> a_set
    set(['qiwsir'])
    >>> a_set.clear()
    >>> a_set
    set([])
    >>> bool(a_set)   #空了,bool一下返回False.
    False

知识

集合,也是一个数学概念(以下定义来自维基百科)

集合（或简称集）是基本的数学概念，它是集合论的研究对象。最简单的说法，即是在最原始的集合论─朴素集合论─中的定义，集合就是"一堆东西"。集合里的"东西"，叫作元素。若然 x 是集合 A 的元素，记作 x ∈ A。

集合是现代数学中一个重要的基本概念。集合论的基本理论直到十九世纪末才被创立，现在已经是数学教育中一个普遍存在的部分，在小学时就开始学习了。这里对被数学家们称为"直观的"或"朴素的"集合论进行一个简短而基本的介绍；更详细的分析可见朴素集合论。对集合进行严格的公理推导可见公理化集合论。

在计算机中,集合是什么呢?同样来自维基百科,这么说的:

    在计算机科学中，集合是一组可变数量的数据项（也可能是0个）的组合，这些数据项可能共享某些特征，需要以某种操作方式一起进行操作。一般来讲，这些数据项的类型是相同的，或基类相同（若使用的语言支持继承）。列表（或数组）通常不被认为是集合，因为其大小固定，但事实上它常常在实现中作为某些形式的集合使用。
    集合的种类包括列表，集，多重集，树和图。枚举类型可以是列表或集。

不管是否明白,貌似很厉害呀.

是的,所以本讲仅仅是对集合有一个入门.关于集合的更多操作如运算/比较等,还没有涉及呢.