Python - Множества

Привет, стремящиеся к знаниям программисты на Python! Сегодня мы погружаемся в увлекательный мир Python Множеств. Как ваш добрый сосед-преподаватель компьютерных наук, я рад вести вас через это путешествие. Так что взять свой любимый напиток, устроиться комфортно и давайте исследуем множества вместе!

Python - Sets

Множества в Python

Представьте себе, что у вас есть мешок с разноцветными шарами. Каждый шар уникален, и вам не важен их порядок - вам нужно знать только, какие у вас есть цвета. Это и есть в essence множество в Python!

Множество - это непорядочная коллекция уникальных элементов. Это похоже на математическое множество: дубликаты не допускаются, и порядок не имеет значения. Множества очень полезны, когда вам нужно хранить уникальные элементы или выполнять операции над множествами, такие как объединение, пересечение и разность.

Создание множества в Python

Начнем с создания нашего первого множества. Есть два основных способа создания множества в Python:

Использование фигурных скобок {}
Использование конструктора set()

Вот пример обоих методов:

# Метод 1: Использование фигурных скобок
фрукты = {'яблоко', 'банан', 'черри'}

# Метод 2: Использование конструктора set()
цвета = set(['красный', 'зеленый', 'синий'])

print(фрукты)
print(цвета)

Вывод:

{'черри', 'яблоко', 'банан'}
{'синий', 'красный', 'зеленый'}

Обратите внимание, что порядок элементов в выводе может отличаться от того, как мы его определили. Это потому что множества неупорядочены!

Дубликатные элементы в множестве

Когда я говорил, что множество содержит только уникальные элементы? Давайте посмотрим, что произойдет, если мы попробуем добавить дубликаты:

числа = {1, 2, 3, 2, 4, 3, 5}
print(числа)

Вывод:

{1, 2, 3, 4, 5}

Как вы можете видеть, Python автоматически удаляет дубликаты для нас. Не очень интересно?

Добавление элементов в множество

Чтобы добавить один элемент в множество, мы используем метод add(). Если мы хотим добавить несколько элементов сразу, мы используем метод update().

# Добавление одного элемента
фрукты.add('апельсин')
print(фрукты)

# Добавление нескольких элементов
фрукты.update(['виноград', 'манго'])
print(фрукты)

Вывод:

{'черри', 'яблоко', 'банан', 'апельсин'}
{'черри', 'манго', 'яблоко', 'банан', 'апельсин', 'виноград'}

Удаление элементов из множества

Есть несколько способов удаления элементов из множества. Давайте рассмотрим их:

# Использование remove() - вызывает ошибку, если элемент не существует
фрукты.remove('банан')

# Использование discard() - не вызывает ошибку, если элемент не существует
фрукты.discard('киви')

# Использование pop() - удаляет и возвращает случайный элемент
выпущенный = фрукты.pop()
print(f"Выпущенный элемент: {выпущенный}")

# Использование clear() - удаляет все элементы
фрукты.clear()

print(фрукты)

Вывод:

Выпущенный элемент: черри
set()

Проверка принадлежности в множестве

Одна из отличительных особенностей множеств - это возможность быстрой проверки принадлежности. Мы можем использовать ключевое слово in, чтобы проверить, существует ли элемент в множестве:

числа = {1, 2, 3, 4, 5}
print(3 in числа)  # True
print(6 in числа)  # False

Эта операция гораздо быстрее с множествами, чем с списками, особенно для больших коллекций!

Операции с множествами

Множества в Python поддерживают различные математические операции с множествами. Давайте рассмотрим некоторые из них:

множество1 = {1, 2, 3, 4, 5}
множество2 = {4, 5, 6, 7, 8}

# Объединение
print(множество1 | множество2)  # или множество1.union(множество2)

# Пересечение
print(множество1 & множество2)  # или множество1.intersection(множество2)

# Разность
print(множество1 - множество2)  # или множество1.difference(множество2)

# Симметричная разность
print(множество1 ^ множество2)  # или множество1.symmetric_difference(множество2)

Вывод:

{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}
{4, 5}
{1, 2, 3}
{1, 2, 3, 6, 7, 8}

Компрессии множеств в Python

Также как и компрессии списков, Python поддерживает компрессии множеств. Они предоставляют краткий способ создания множеств на основе существующих итерируемых объектов.

# Создание множества квадратов чисел от 0 до 9
квадраты = {x**2 for x in range(10)}
print(квадраты)

Вывод:

{0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81}

Фильтрация элементов с помощью компрессий множеств

Мы также можем использовать компрессии множеств для фильтрации элементов:

# Создание множества четных квадратов от 0 до 9
четные_квадраты = {x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0}
print(четные_квадраты)

Вывод:

{0, 4, 16, 36, 64}

Вложенные компрессии множеств

Хотя менее распространено, но возможны и вложенные компрессии множеств:

# Создание множества кортежей (x, y), где x и y - цифры
цифровые_пары = {(x, y) for x in range(3) for y in range(3)}
print(цифровые_пары)

Вывод:

{(0, 1), (1, 2), (0, 0), (2, 0), (1, 1), (2, 2), (0, 2), (2, 1), (1, 0)}

Замороженные множества

Наконец, давайте поговорим о замороженных множествах. Замороженное множество - это неизменяемая версия объекта множества Python. В то время как элементы множества могут быть изменены в любое время, элементы замороженного множества остаются такими же после создания.

нормальное_множество = {1, 2, 3}
замороженное_множество = frozenset([1, 2, 3])

нормальное_множество.add(4)  # Это работает
# замороженное_множество.add(4)  # Это вызвало бы AttributeError

Замороженные множества особенно полезны, когда вам нужно неизменяемое множество, например, использовать его в качестве ключа для словаря.

Итак, это все, друзья! Мы покрыли все аспекты множеств Python. Помните, практика - это основа, так что не стесняйтесь экспериментировать с этими концепциями. Счастливого кодирования!

Вот таблица, подводящая итог основным методам множеств, о которых мы говорили:

Метод	Описание
add()	Добавляет элемент в множество
update()	Добавляет несколько элементов в множество
remove()	Удаляет определенный элемент из множества (вызывает ошибку, если не найден)
discard()	Удаляет определенный элемент из множества (не вызывает ошибку, если не найден)
pop()	Удаляет и возвращает случайный элемент из множества
clear()	Удаляет все элементы из множества
union()	Возвращает множество, содержащее объединение множеств
intersection()	Возвращает множество, содержащее пересечение множеств
difference()	Возвращает множество, содержащее разность множеств
symmetric_difference()	Возвращает множество с элементами в любом множестве, но не в обоих

Credits: Image by storyset

Предыдущий учебник:

Python - Упражнения с Кортежами

Следующий учебник:

Python - Доступ к элементам множества