5.2. 集合

接下要來介紹的Python資料結構是集合，集合和字典有一些相同的地方，例如：集合中的元素及字典中的鍵是唯一的；兩者不同的地方則是字典的鍵還有其對的值，而集合僅有元素。

建立集合

>>> s = set()
>>> s
set()

>>> type(s)
<class 'set'>

>>> s = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> s
{1, 2, 3, 4, 5}

>>> type(s)
<class 'set'>

雖然集合和字典都是使用「{ }」符號，但是Python的直譯器優先把「{ }」解釋成字典，所以字典優先使用此符號。如果資料結構的建立方式不同，Python直譯器就會識別出該資料結構是字典或集合。

>>> s = {}
>>> s
{}

>>> type(s)
<class 'dict'>

>>> s = {1}
>>> s
{1}

>>> type(s)
<class 'set'>

使用 len() 取得集合元素數量

使用 len() 可以取得集合中元素的數量。

>>> s = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> len(s)
5

使用 in 判斷元素是否在集合中

若需要知道某個元素是否在集合中時，可以使用 in 關鍵值來判斷。

>>> s = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> 1 in s
True

>>> 1.0 in s
True

>>> '1' in s
False

使用 add() 加入資料

使用 add() 將元素加入到集合中。

>>> s = set()
>>> s.add(1)
>>> s
{1}

>>> s.add(2)
>>> s
{1, 2}

>>> s.add(3)
>>> s
{1, 2, 3}

使用 remove() 移除資料

使用 remove() 將要移除的元素從集合移出。

>>> s = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> s.remove(1)
>>> s
{2, 3, 4, 5}

>>> s.remove(2)
>>> s
{3, 4, 5}

使用 clear() 可以刪除集合中所有的資料，或是使用 = 指派運算子及指派空集合 set() 來達成。

>>> s = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> s.clear()
>>> s
set()

>>> s = {1, 2, 3, 4, 5}
>>> s = set()
>>> s
set()

集合運算

• 聯集：| , union()，兩個集合中所有的元素。
• 交集：& , intersection() ，兩個集合中共有的元素。
• 差集：- , difference()，屬於第一個集合，但不屬於第二個集合的元素。
• 互斥或：^ , symmetric_difference()，只屬於其中一個集合的元素。

>>> a = {1, 2, 3}
>>> b = {3, 4, 5}
>>> a
{1, 2, 3,}

>>> b
{3, 4, 5}

# 聯集
>>> c = a | b
>>> c
{1, 2, 3, 4, 5}

>>> c = a.union(b)
>>> c
{1, 2, 3, 4, 5}

# 交集
>>> c = a & n
>>> c
{3}

>>> c = a.intersection(b)
>>> c
{3}

# 差集
>>> c = a - b
>>> c
{1, 2}

>>> c = a - (a & b)
>>> c
{1, 2}

>>> c = a.difference(b)
>>> c
{1, 2}

# 互斥或
>>> c = a ^ b
>>> c
{1, 2, 4, 5}

>>> c = (a | b) - (a & b)
>>> c
{1, 2, 4, 5}

>>> c = a.symmetric_difference(b)
>>> c
{1, 2, 4, 5}

牛刀小試

• b050: 第一題：集合運算 [參考答案] ★★
• 使用 for 迴圈、while 迴圈、if結構、if-else結構、集合
• 程式設計步驟：

# 步驟1: 定義變數, case_index
case_index = 1

# 步驟2: 使用while迴圈
while True:
    # 步驟3: 處理資料輸入
    s = input("")
    s = s.strip(" \t\r\n")

    # 步驟4: 資料類型轉換
    n = int(s)

    # 步驟5: 使用if結構判斷是否要結束while迴圈
    if n == 0:
        break

    print("Test Case {0}:".format(case_index))

    # 步驟6: 使用for迴圈讀取集合資料
    set_list = []
    for i in range(0, n):
        s = input("")
        s = s.strip(" \t\r\n")
        set_list.append(s)

    num_set = len(set_list)

    # 步驟7: 顯示集合資料
    for i in range(0, num_set):
        name = chr(i + 65)
        a = set_list[i]
        a = ''.join(sorted(a))
        print(name + ': {' + a + '}')

    # 步驟8: 使用集合的聯集運算
    # A | B
    for i in range(0, num_set):
        name_a = chr(i + 65)
        a = set(set_list[i])

        for j in range(i+1, num_set):
            name_b = chr(j + 65)
            b = set(set_list[j])
            ab = a | b
            ab = ''.join(sorted(ab))
            print(name_a + '+' + name_b + ': {' + ab + '}')

    # 步驟9: 使用集合的交集運算
    # A & B
    for i in range(0, num_set):
        name_a = chr(i + 65)
        a = set(set_list[i])

        for j in range(i+1, num_set):
            name_b = chr(j + 65)
            b = set(set_list[j])
            ab = a & b
            ab = ''.join(sorted(ab))
            print(name_a + '*' + name_b + ': {' + ab + '}')

    # 步驟10: 使用集合的差集運算
    # A - B
    for i in range(0, num_set):
        name_a = chr(i + 65)
        a = set(set_list[i])

        for j in range(0, num_set):
            if i != j:
                name_b = chr(j + 65)
                b = set(set_list[j])
                ab = a - b
                ab = ''.join(sorted(ab))
                print(name_a + '-' + name_b + ': {' + ab + '}')

    # 步驟11: 判斷集合是否包含另一個集合
    # A > B
    for i in range(0, num_set):
        name_a = chr(i + 65)
        a = set(set_list[i])

        for j in range(0, num_set):
            if i != j:
                name_b = chr(j + 65)
                b = set(set_list[j])

                if a >= b:
                    print(name_a + ' contains ' + name_b)
                else:
                    print(name_a + ' does not contain ' + name_b)

    case_index +=1

躍躍欲試

• 集合：
  • d478: 共同的數 - 簡易版 [參考答案]

參考資料

• Built-in Types, Set Types
• Python編程入門第3版(簡), 第七章, Toby Donaldson著, 人民郵電出版社
• 精通Python, 第三章, Bill Lubanovic著, 賴屹民譯, 歐萊禮