Множества в Python

Множество (set) в Python — это неупорядоченная коллекция уникальных хешируемых элементов. Поскольку множества автоматически обеспечивают уникальность и поддерживают быструю проверку членства, они идеально подходят для дедупликации, математических операций над множествами и проверки пересечений коллекций.

В этой главе рассматривается:

• Как создавать множества (литеральный синтаксис и set())
• Добавление и удаление элементов — и когда каждый метод вызывает ошибку
• Четыре операции над множествами: объединение, пересечение, разность, симметричная разность
• Сокращённые операторы (|, &, -, ^)
• Проверки подмножества и надмножества
• Генераторы множеств
• Неизменяемые множества (frozenset) для хешируемых фиксированных наборов

Создание множеств

Использование фигурных скобок

Самый быстрый способ создать непустое множество — использовать литерал в фигурных скобках. Каждое значение встречается только один раз, сколько бы раз вы его ни записали.

Создание множества в Python

Использование конструктора set()

Передайте любой итерируемый объект — список, кортеж, строку или диапазон — в set(), чтобы создать из него множество. Дублирующиеся значения молча отбрасываются.

Преобразование списка в множество в Python

Важно: пустое множество

Для создания пустого множества необходимо использовать set(). Запись {} создаёт пустой словарь, а не множество.

empty_set  = set()          # correct
empty_dict = {}             # this is a dict!

print(type(empty_set))   # <class 'set'>
print(type(empty_dict))  # <class 'dict'>

Что может быть элементом множества?

Элемент множества должен быть хешируемым — неизменяемые типы, такие как int, float, str, bool и tuple, подходят. Списки и другие множества не могут быть элементами, так как они изменяемы и потому не хешируемы.

valid   = {1, "hello", (2, 3), True}  # OK
# invalid = {[1, 2]}                  # TypeError: unhashable type: 'list'
print(valid)

Доступ к элементам множества

Множества неупорядочены, поэтому элементы не имеют индексов и получить отдельный элемент по позиции невозможно. Стандартный способ перебрать все элементы — цикл for.

colors = {"red", "green", "blue"}
for color in colors:
    print(color)
# Output order may vary — sets are unordered

Чтобы проверить наличие конкретного значения, используйте оператор in:

colors = {"red", "green", "blue"}
print("red" in colors)    # True
print("yellow" in colors) # False

Проверка членства в множестве выполняется за O(1) в среднем — намного быстрее, чем поиск по списку при больших коллекциях.

Подробнее см. в главе Доступ к элементам множества.

Добавление элементов

Используйте add(), чтобы вставить один элемент, или update(), чтобы добавить несколько элементов из любого итерируемого объекта.

Добавление элемента в множество в Python

update() принимает любой итерируемый объект и добавляет все его элементы:

my_set = {1, 2, 3}
my_set.update([4, 5], {6, 7})
print(my_set)   # {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

Подробнее см. в главе Добавление элементов множества.

Удаление элементов

Python предоставляет несколько методов удаления элементов, каждый из которых ведёт себя по-разному при отсутствии элемента.

Удаление элемента из множества в Python

Когда выбирать remove вместо discard: используйте remove(), когда элемент должен присутствовать и его отсутствие означает ошибку. Используйте discard(), когда элемент может быть или не быть, и вам просто нужно его убрать.

Подробнее обо всех способах удаления см. в главе Удаление элементов множества.

Операции над множествами

Множества Python реализуют четыре классические операции теории множеств. Каждая операция доступна как в виде метода, так и в виде оператора — выбирайте то, что нагляднее в контексте.

Операции над множествами в Python

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}

# Union — all elements from both sets
print(set1.union(set2))              # {1, 2, 3, 4}
print(set1 | set2)                   # {1, 2, 3, 4}

# Intersection — only elements present in both
print(set1.intersection(set2))       # {2, 3}
print(set1 & set2)                   # {2, 3}

# Difference — elements in set1 but not set2
print(set1.difference(set2))         # {1}
print(set1 - set2)                   # {1}

# Symmetric difference — elements in either set, but not both
print(set1.symmetric_difference(set2))  # {1, 4}
print(set1 ^ set2)                      # {1, 4}

Проверки подмножества и надмножества

Используйте issubset(), issuperset() или операторы сравнения <= / >= для проверки отношений включения.

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

print(a.issubset(b))    # True  — every element of a is in b
print(a <= b)           # True

print(b.issuperset(a))  # True  — b contains all elements of a
print(b >= a)           # True

print(a < b)            # True  — proper subset (a != b)
print(a == b)           # False

isdisjoint() возвращает True, если два множества не имеют ни одного общего элемента:

x = {1, 2, 3}
y = {4, 5, 6}
print(x.isdisjoint(y))  # True

Подробнее о вариантах обновления на месте (|=, &=, -=, ^=) см. в главе Объединение множеств.

Генераторы множеств

Как и генераторы списков, множества можно создавать с помощью компактного выражения в фигурных скобках с предложением for.

squares = {x ** 2 for x in range(1, 6)}
print(squares)  # {1, 4, 9, 16, 25}

# With a filter condition
even_squares = {x ** 2 for x in range(1, 11) if x % 2 == 0}
print(even_squares)  # {4, 16, 36, 64, 100}

Поскольку результат является множеством, дублирующиеся значения автоматически убираются:

words = ["apple", "banana", "avocado", "blueberry"]
first_letters = {w[0] for w in words}
print(first_letters)  # {'a', 'b'}

Неизменяемые множества (frozenset)

frozenset — это неизменяемая версия множества. После создания элементы нельзя добавлять или удалять. Объекты frozenset хешируемы, поэтому их можно использовать в качестве ключей словаря или элементов другого множества.

fs = frozenset([1, 2, 3])
print(fs)               # frozenset({1, 2, 3})

# All read-only operations work
print(2 in fs)          # True
print(fs | {4, 5})      # frozenset({1, 2, 3, 4, 5})

# fs.add(4)             # AttributeError — frozenset has no add()

# Use as a dictionary key
permissions = {
    frozenset(["read", "write"]): "editor",
    frozenset(["read"]):          "viewer",
}
user_perms = frozenset(["read", "write"])
print(permissions[user_perms])  # editor

Когда использовать frozenset: всякий раз, когда нужен объект наподобие множества, который не должен изменяться — как постоянная конфигурация, безопасный ключ словаря или при совместном использовании множества между потоками без блокировки.

Практические примеры

Удаление дубликатов из списка

Преобразование в множество и обратно — простейший способ удалить дубликаты из списка. Обратите внимание, что исходный порядок не сохраняется; если порядок важен, используйте dict.fromkeys().

Удаление дубликатов из списка с помощью множества в Python

Проверка наличия общих элементов в двух списках

Проверка наличия общих элементов в двух списках в Python с помощью множеств

isdisjoint() — более прямая альтернатива для этой проверки:

list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]
print(not set(list1).isdisjoint(set(list2)))  # False — no common elements

Поиск уникальных тегов статей

article_a_tags = {"python", "tutorial", "beginner"}
article_b_tags = {"python", "advanced", "data-science"}

all_tags    = article_a_tags | article_b_tags
shared_tags = article_a_tags & article_b_tags
only_in_a   = article_a_tags - article_b_tags

print("All tags:    ", all_tags)
print("Shared tags: ", shared_tags)
print("Only in A:   ", only_in_a)

Итоги

Связанные главы: Добавление элементов множества · Удаление элементов множества · Доступ к элементам множества · Перебор элементов множества · Объединение множеств · Методы множеств

Практика