Спринт 1/18 → Тема 7/13: Множества set() → Урок 1/1

Тип Set: множества

Множество (set) в Python — это изменяемая неупорядоченная коллекция неизменяемых и уникальных объектов.

Можно добавлять элементы в множество и удалять их: set — изменяемая коллекция.
Если насыпать горсть пшеницы в плошку — можно высыпать часть зёрен, а можно добавить сколько угодно (в отличие от плошки, элементы в set не посыпятся через край).
Множество — неупорядоченная коллекция, к элементам нельзя обратиться по индексам или автоматически вывести их по порядку.
Какое из зёрен в плошке будет первым, а какое — последним? Да никакое! Обратиться к зёрнам по индексам не получится.
Изменить отдельный элемент в множестве нельзя: элементами множества могут быть только неизменяемые объекты (числа, строки, кортежи и прочие хешируемые объекты).
Изменить зерно невозможно, ячмень не может стать пшеном.
Элементы множества должны быть уникальны. Добавить в множество элемент со значением, которое уже есть в этом множестве, не получится; однако и ошибки это не вызовет.
Нет двух одинаковых зёрен; каждое из них уникально.

Неупорядоченные коллекции хранят элементы так, что невозможно определить, какой элемент первый, какой последний, а какой, к примеру, восьмой. Даже при выводе в цикле неупорядоченная коллекция будет возвращать свои элементы в разном порядке.

Литерал для множеств — фигурные скобки.

Запустите код несколько раз: как и положено детским игрушкам, из ящика они вываливаются беспорядочной грудой, каждый раз по-разному.

КодPYTHON

 
# Литерально set объявляется с помощью фигурных скобок.
toys = {'куклы', 'кубики', 'странная штука', 'самолетики', 'мелки'}
​
for toy in toys:
    print(toy)

Множества — это коллекции: они содержат набор элементов. Однако множества — это не последовательности: элементы множества нельзя перебрать «по очереди», порядок будет всегда разный; а последовательностями называют упорядоченные коллекции.

Из особенностей множеств можно выделить:

удобство исключения дубликатов, например, при добавлении элементов к множеству;
возможность выполнения математических операций над множествами — вычисление пересечения и разности множеств.

Создание объекта set

Как и другие коллекции, создать множество можно через литералы или через встроенную функцию.

PYTHON
# Литеральное объявление множества
movie_ratings_set = {5.0, 4.1, 4.3, 4.7, 4.7, 3.8}
print(movie_ratings_set)
# Вывод в консоль: {5.0, 4.3, 3.8, 4.1, 4.7}
# Порядок элементов не соответствует литералу. 

print(type(movie_ratings_set))
# Вывод в консоль: <class 'set'>

movie_ratings = [5.0, 4.1, 4.3, 4.7, 4.7, 3.8]
# Объявление множества через функцию set()
movie_ratings_set = set(movie_ratings)
print(movie_ratings_set)
# Вывод в консоль: {5.0, 4.3, 3.8, 4.1, 4.7}
# Элементов получилось меньше, чем в исходном списке: неуникальные значения удалены.
# Порядок элементов не соответствует исходному списку. 

print(type(movie_ratings_set))
# Вывод в консоль: <class 'set'> 

Создать пустое множество можно только через функцию set(); объявить пустое множество литерально не получится: будет создан пустой словарь, а не пустое множество.

PYTHON
empty_set = set()
print(empty_set)
# Вывод в терминал: set()
print(type(empty_set))
# Вывод в терминал: <class 'set'>

empty_set = {}
print(type(empty_set))
# Вывод в терминал: <class 'dict'> 

Уникальность элементов множества

Все элементы множества уникальны; при добавлении неуникальных элементов они не будут включены в множество.

Попрактикуемся на списке фильмов из онлайн-кинотеатра: иногда в нём попадаются повторяющиеся элементы. Чтобы при дальнейшей обработке данных о фильмах дублирование не привело к ошибке, можно исключить дубли, преобразовав список в множество.

PYTHON
movies = ['Матрица', 'Сеть', 'Хакеры', 'Трон', 'Тихушники', 'Сеть', 'Трон']
uniq_movies = set(movies)
print(uniq_movies)
# Вывод в терминал: {'Сеть', 'Матрица', 'Тихушники', 'Хакеры', 'Трон'}
# Дублирующиеся названия удалены! 

Найдите количество уникальных символов в строке, без учёта пробелов.

КодPYTHON

 
not_uniq_str = 'съешь же ещё этих мягких французских булок да выпей чаю'
# место для вашего кода
replaced = not_uniq_str.replace(' ', '')
count_char = len(set(replaced))
print(count_char)

Элемент множества — хешируемый объект

Элементом множества не могут быть данные изменяемых типов, например — списки.

PYTHON
# Литерально объявим set, элементами которого будут списки
movies = ['Матрица', 'Сеть', 'Хакеры', 'Трон',]
movie_ratings = [4.7, 5.0, 4.3, 3.8]
movies_set = {movies, movie_ratings}
print(movies)
# Вывод в терминал: TypeError: unhashable type: 'list'
# Ничего не вышло: элементами множества могут быть только хешируемые объекты. 

Функция set() создаст множество из списка или словаря:

множество, созданное из словаря, будет содержать только ключи исходного словаря; ключи словаря — всегда неизменяемые объекты, потому проблем не возникнет;
из списка множество будет создано лишь в том случае, если элементы списка — неизменяемые объекты.

PYTHON
# Создаём словарь: коллекцию, каждый элемент которой состоит из пары "ключ:значение"
# Ключами словаря могут быть только хешируемые объекты.
# Каждый ключ в словаре - уникален
movie_info = {'Матрица': 4.5, 'Трон': 4.8}

# В set() передан словарь
movie_names = set(movie_info)
print(movie_names)
# Вывод в терминал: {'Трон', 'Матрица'}
# В результате получилось множество,
# состоящее из ключей исходного словаря

# В set() передан список элементов типа float
movie_ratings = [5.0, 4.1, 4.3, 4.7, 4.7, 3.8]
movie_ratings_set = set(movie_ratings)
# Множество успешно создано
print(movie_ratings_set)
# Вывод в терминал: {5.0, 4.3, 3.8, 4.1, 4.7}

# Один из элементов исходного списка - список (нехешируемый объект)
movie_ratings = [5.0, 4.1, [4.3, 4.7], 4.7, 3.8]
# При преобразовании исходного списка в множество
# программа выдаст ошибку:
movie_ratings_set = set(movie_ratings)
print(movie_ratings_set)
# Вывод в терминал: TypeError: unhashable type: 'list' 

Работа с множествами

Рассмотрим работу с множествами на примере игрушек Максима и Леры:

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'} 

Принадлежность объекта множеству

Чтобы определить, есть ли нужный элемент в множестве, применяют оператор in. Он работает так же, как и для последовательностей, но поиск выполняется гораздо быстрее, чем в списках — это связано с особенностью хранения множеств в памяти.

Проведём поиск в списке и в множестве; в каждой коллекции создадим по миллиону элементов.

Чтобы засечь время выполнения операции, импортируем в код встроенный модуль time.

КодPYTHON

 
import time
# Создается множество
num_set = set()
# С помощью цикла множество заполняется элементами от 0 до 999999
for num in range(10**6):
    num_set.add(num)
​
# В start_time сохраняем время в секундах перед началом поиска
start_time = time.time()
if 954365 in num_set:
    print(True)
​
# Выводим в терминал время, затраченное на поиск нужного элемента:
print((time.time() - start_time))
​
# Создаём и наполняем список:
num_list = []
for num in range(10**6):
    num_list.append(num)
​
start_time = time.time()
if 954365 in num_list:
    print(True)
print((time.time() - start_time))

Поиск по списку выполняется быстро, но поиск в множестве — заметно быстрее.

Поиск по хешируемым объектам происходит почти мгновенно. Преобразование из списка в множество может занимать много времени, но если требуется выполнить поиск по коллекции больше двух раз — будет выгоднее потратить время на преобразование и затем искать по множеству.

Добавление элемента

Для добавления элемента в множество применяют метод add(). Он очень похож на метод списков append(); если добавляемый элемент уже есть в множестве — ничего не произойдёт, множество не изменится.

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
print(id(maxim_toys))
# Вывод в терминал: 33482552

maxim_toys.add('самолётик')
# Проверим что элемент добавлен к исходному множеству
print(id(maxim_toys))
# Вывод в терминал: 33482552
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал:{'скакалка', 'машинка', 'самолетик', 'пистолетик', 'кубики'}

# Попробуем добавить ещё кубики в множество:
maxim_toys.add('кубики')
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал:{'скакалка', 'машинка', 'самолетик', 'пистолетик', 'кубики'}
# Новый элемент в множестве не появился. 

Удаление элемента множества

Для удаления элемента есть три метода: remove(), discard() и pop().

Методы remove() и discard() очень схожи: они удаляют элемент из множества. При попытке удалить несуществующий элемент методом remove() программа завершится с ошибкой.

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}

# Удаление существующего элемента
maxim_toys.remove('кубики')
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал: {'машинка', 'скакалка', 'пистолетик'}

maxim_toys.discard('машинка')
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал: {'скакалка', 'пистолетик'}

# Удаление несуществующих элементов
maxim_toys.discard('кукла')
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал: {'скакалка', 'пистолетик'}

maxim_toys.remove('кукла')
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал: KeyError: 'кукла' 

Метод pop() удаляет и возвращает случайный элемент множества. Для жеребьевки отличный вариант, результат предугадать нельзя.

КодPYTHON

 
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
toy = maxim_toys.pop()
print(f'Вам — {toy}!')
print(f'Оставшиеся игрушки: {maxim_toys}')

Очистка множества

Для очистки существующего множества есть метод сlear():

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
maxim_toys.clear()
print(maxim_toys)
# Вывод в терминал: set() 

Операции над множествами

Ключевое отличие множеств от других коллекций — возможность выполнять над множествами математические операции.

Пересечение

Поиск «пересечения» (поиск совпадающих элементов) двух коллекций — востребованная операция в программировании: например, пересечением можно найти одинаковые почтовые адреса в двух базах данных или одинаковые товары в интернет-магазинах. Можно сравнить коллекции в цикле, определяя наличие элемента через in, но это ресурсоёмко и долго.

Для поиска пересечения двух множеств есть оператор & (логическое И), он возвращает новое множество, в котором будут собраны элементы, одновременно присутствующие в обоих исходных множествах:

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

# Создаём множество, элементы которого есть в первом И (&) во втором множестве:
overlap = maxim_toys & lera_toys
print(overlap)
# Вывод в терминал: {'кубики', 'скакалка'} 

Получить пересечение множеств можно и другим способом: для этого есть метод intersection():

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

overlap = maxim_toys.intersection(lera_toys)
print(overlap)
# Вывод в терминал: {'кубики', 'скакалка'} 

С помощью этого метода можно получить пересечение множества с любым итерируемым объектом, все элементы которого — хешируемые объекты (например — со списком, элементы которого — числа или строки).

Это справедливо и для других методов множеств: в аргументы этих методов можно передать любой итерируемый объект с хешируемыми элементами.

Объединение

В результате объединения двух множеств (операция «логическое ИЛИ») будет создано новое множество, содержащее все элементы исходных. Логическое ИЛИ обозначается операндом |.

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

# Создаём множество, элементы которого есть в первом ИЛИ (|) во втором множестве:
unite = maxim_toys | lera_toys
print(unite)
# Вывод в терминал: {'кубики', 'кукла', 'скакалка', 'юла', 'машинка', 'пистолетик'} 

Другой способ объединить два множества — применить метод union().

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

unite = maxim_toys.union(lera_toys)
print(unite)
# Вывод в терминал: {'кубики', 'кукла', 'скакалка', 'юла', 'машинка', 'пистолетик'} 

Разность

Разность множеств возвращает новое множество, в которое войдут элементы первого множества, не пересекающиеся с элементами второго. Оператор для поиска разности — обычный минус -.

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

# Создаём множество, элементы которого есть в первом множестве и отсутствуют во втором:
diff = maxim_toys - lera_toys
print(diff)
# Вывод в терминал: {'машинка', 'пистолетик'} 

Разность можно найти и методом difference():

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

diff = maxim_toys.difference(lera_toys)
print(diff)
# Вывод в терминал: {'машинка', 'пистолетик'} 

Симметрическая разность

Симметрической разностью двух множеств будет третье множество, каждый элемент которого принадлежит либо первому, либо второму множеству, но не их пересечению.

Для поиска симметрической разности применяют символ «карет» ^:

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

sym_diff = maxim_toys ^ lera_toys
print(sym_diff)
# Вывод в терминал: {'машинка', 'пистолетик', 'юла', 'кукла'} 

Симметрическую разность можно найти и с помощью метода symmetric_difference()

PYTHON
maxim_toys = {'машинка', 'скакалка', 'кубики', 'пистолетик'}
lera_toys = {'скакалка', 'кукла', 'кубики', 'юла'}

# Создаём множество, состоящее из элементов обоих множеств, 
# с исключением пересекающихся:
sym_diff = maxim_toys.symmetric_difference(lera_toys)
print(sym_diff)
# Вывод в терминал: {'машинка', 'пистолетик', 'юла', 'кукла'} 

Методов работы с множествами больше, полный список можно найти в официальной документации.

Методов работы с множествами больше, полный список можно найти в официальной документации. А основная информация из этого урока собрана в шпаргалке.

Вычислите и напечатайте количество одинаковых элементов в коллекциях num_string_1 и num_string_2.

КодPYTHON

 
num_string_1 = '100 13 2 143 12 3 55 4 64 18 56'
num_string_2 = '234 2 56 432 3 100 12 99 43 18 31 64'
overlap = set(num_string_1.split()) & set(num_string_2.split())
print(len(overlap))

Антон получил в ответ от сервера перечень ID клиентов в виде строки, где ID разделены пробелами. Его задача — удалить дубликаты и отсортировать список ID по возрастанию.

Напишите программу, которая поможет Антону формировать такие списки. Если в списке будет найден дублирующийся ID — программа должна вывести в терминал сообщение «Найден дубликат ID <значение_id>».

КодPYTHON

 
# Напишите программу и обработайте этот перечень id
id_string = '32 48 2 6 14 58 2 88 9 14 123 48 3 17 42 42 7'
id_list_str = id_string.split()
final_list = []
for i in id_list_str:
    if int(i) not in final_list:
        final_list.append(int(i))
    else:
        print(f'Найден дубликат ID {i}')
final_list.sort()
print(final_list)

1.Тип Set: множества

Тип Set: множества

Создание объекта set

Уникальность элементов множества

Элемент множества — хешируемый объект

Работа с множествами

Принадлежность объекта множеству

Добавление элемента

Удаление элемента множества

Очистка множества

Операции над множествами

Пересечение

Объединение

Разность

Симметрическая разность