Python序列的应用（九）：集合以及列表、元组、字典和集合的区别
前言：在Python编程语言中，序列是一类非常重要的数据结构，它们提供了一种有序地存储和访问数据的方式。在Python中，序列的应用非常广泛，它们是处理数据集合的基础工具。本系列文章旨在深入探讨Python中的序列类型，包括列表（List）、元组（Tuple）、字典（Dictionary）和集合（Set），并分析它们之间的区别和适用场景。
集合以及列表、元组、字典和集合的区别
在进入具体的应用案例之前，我们首先需要了解这些数据结构的基本概念和它们之间的差异。列表和元组提供了有序的数据集合，而字典和集合则提供了无序的数据集合。每种数据结构都有其独特的特性和用途：
- 列表（List）：一个可变的、有序的元素集合，可以包含重复的元素。
- 元组（Tuple）：一个不可变的、有序的元素集合，通常用于保护数据不被改变。
- 字典（Dictionary）：一个无序的键值对集合，键必须是唯一的，而值可以重复。
- 集合（Set）：一个无序的、不包含重复元素的集合，适用于进行数学上的集合操作，如并集、交集和差集。
在本系列的第七篇文章中，我们已经探讨了列表的应用。现在，我们将转向集合，这是一种非常有用的数据结构，特别是在需要快速成员检查、消除重复项和集合运算的场景中。集合在Python中通过set类型实现，它提供了丰富的方法来处理集合特有的操作。
在这篇文章中，我们将详细讨论集合的创建、操作以及与其他序列类型的交互。我们将通过实际的例子来展示集合的强大功能，并解释为什么在某些情况下选择集合而不是其他数据结构。通过对比列表、元组、字典和集合，我们将更清楚地理解它们各自的优势和局限性。
随着我们深入探讨集合的应用，你将发现Python序列类型的多样性和灵活性，以及它们在解决实际问题中的强大能力。让我们开始这次探索之旅，深入了解Python中的集合以及它们与其他序列类型的区别。
一、集合
Python 中的集合同数学中的集合概念类似，也是用于保存不重复元素的。它有可变集合(set)和不可变集合(fozenset)两种。本节所要介绍的可变集合是无序可变序列，而不可变集合在本书中不做介绍。在形式上，集合的所有元素都放在一对{}中，两个相邻元素间使用，分隔。集合最好的应用就是去掉重复元素，因为集合中的每个元素都是唯一的。
Python中的集合（set）是一个无序的、不包含重复元素的数据结构。以下是关于集合的一些基本操作：
1、集合的创建
创建集合非常简单，可以使用大括号 {} 或者 set() 函数。如果使用大括号，需要注意空集合不能使用 {} 来创建，因为空花括号在Python中是一个空字典的表示。因此，创建空集合需要使用 set() 函数。
# 使用set()函数创建集合
my_set = set()
# 使用大括号创建集合
my_set = {1, 2, 3}
# 创建空集合
my_set = set()
实例训练27 -创建保存学生选课信息的集合
python ={'绮梦','冷伊一','香凝','梓轩'} #保存选择Python语言的学生姓名
C={'冷伊一','零语','梓轩','圣博',} #保存选择C语言的学生姓名
print('选择Python语言的学生有: ',python,'\n') #输出选择Python语言的学生姓名
print('选择C语言的学生有: ',C) # 输出选择C语言的学生姓名
2、集合的添加和删除
- 添加元素：使用
add()方法向集合中添加元素。 - 删除元素：使用
remove()方法删除集合中的元素，如果元素不存在会抛出KeyError。可以使用discard()方法，它在元素不存在时不会抛出错误。
# 添加元素
my_set = {1, 2, 3}
my_set.add(4) # 现在 my_set 变为 {1, 2, 3, 4}
# 删除元素
my_set.remove(2) # 移除元素 2，现在 my_set 变为 {1, 3, 4}
# 安全删除元素
my_set.discard(5) # 元素 5 不存在，但不会抛出错误
如果需要从集合中移除一个元素，并且这个元素之后不再使用，可以使用 pop() 方法，它会随机移除一个元素并返回。
# 随机移除一个元素
element = my_set.pop() # 返回并移除一个元素
实例训练28 -学生更改选学课程
python = set(['绮梦','冷伊一','香凝','梓轩' ]) #保存选择Python语言的学生姓名
python.add('零语') #添加一个元素
C = set(['冷伊一','零语','梓轩','圣博']) #保存选择C语言的学生姓名
C.remove('零语') #删除指定元素
print('选择Python语言的学生有: ',python,'\n') #输出选择Python语言的学生姓名
print('选择C语言的学生有: ',C) # 输出选择C语言的学生姓名
3、集合的交集、并集和差集运算
- 交集：使用
intersection()方法或者&运算符。 - 并集：使用
union()方法或者|运算符。 - 差集：使用
difference()方法或者-运算符。
# 交集
set_a = {1, 2, 3}
set_b = {2, 3, 4}
intersection = set_a.intersection(set_b) # 或者 set_a & set_b
# intersection 现在是 {2, 3}
# 并集
union = set_a.union(set_b) # 或者 set_a | set_b
# union 现在是 {1, 2, 3, 4}
# 差集
difference = set_a.difference(set_b) # 或者 set_a - set_b
# difference 现在是 {1}
集合的对称差集（symmetric difference）操作会找出两个集合中不共有的元素。换句话说，它会包含那些只在其中一个集合中出现的元素。集合对称差集运算，使用 symmetric_difference() 方法或者 ^ 运算符，它返回两个集合中不重复的元素。
# 对称差集
symmetric_diff = set_a.symmetric_difference(set_b) # 或者 set_a ^ set_b
# symmetric_diff 现在是 {1, 4}
实例训练29 -对选课集合进行交集、并集和差集运算
python = set(['绮梦','冷伊一','香凝','梓轩' ]) #保存选择Python语言的学生姓名
C = set(['冷伊一','零语','梓轩','圣博']) #保存选择C语言的学生姓名
print('选择Python语言的学生有: ',python,'\n') #输出选择Python语言的学生姓名
print('选择C语言的学生有: ',C) #输出选择C语言的学生姓名
print('交集运算: ',python & C) #输出既选择了python语言又选择了C语言的学生
print('并集运算: ',python | C) #输出参与选课的全部学生姓名
print('并集运算: ',python - C) #输出只选择了python语言但没有选择C语言的学生
以上就是Python集合的基本操作。集合是一个强大的数据结构，适用于需要快速成员检查、消除重复项和集合运算的场景。
二、列表、元组、字典和集合的区别
列表、元组、字典和集合的区别表：
| 数据结构 | 是否可变 | 是否重复 | 是否有序 | 定义符号 |
|---|---|---|---|---|
| 列表（List） | 可变 | 允许 | 有序 | [] 或 list() |
| 元组（Tuple） | 不可变 | 不允许 | 有序 | () 或 tuple() |
| 字典（Dictionary） | 可变 | 键不允许，值允许 | 键无序（Python 3.7+版本中保持插入顺序） | {} 或 dict() |
| 集合（Set） | 可变 | 不允许 | 无序 | {} 或 set() |
这个表格简洁地总结了列表、元组、字典和集合的基本特性。
实例训练30 -输出“王者荣耀”的游戏角色，根据属性
# 王者荣耀的游戏角色列表
heroes = [
"亚瑟",
"鲁班七号",
"妲己",
"孙悟空",
"貂蝉",
"赵云",
"后羿",
"孙尚香",
"诸葛亮",
"露娜",
# ...更多英雄
]
# 输出王者荣耀的游戏角色
for hero in heroes:
print(hero)
实例训练31 -模拟火车订票系统
class TrainInfo:
def __init__(self, train_number, destination, departure_time, arrival_time, seats_total, seats_available):
self.train_number = train_number # 车次
self.destination = destination # 目的地
self.departure_time = departure_time # 发车时间
self.arrival_time = arrival_time # 到达时间
self.seats_total = seats_total # 座位总数
self.seats_available = seats_available # 可用座位数
def display_info(self):
print(f"车次: {self.train_number}")
print(f"目的地: {self.destination}")
print(f"发车时间: {self.departure_time}")
print(f"到达时间: {self.arrival_time}")
print(f"座位总数: {self.seats_total}")
print(f"当前可用座位数: {self.seats_available}")
print('-' * 40)
class TicketBookingSystem:
def __init__(self):
self.trains_info = {
"T123": TrainInfo("T123", "北京", "08:00", "12:00", 100, 90),
"T456": TrainInfo("T456", "上海", "09:00", "13:00", 120, 110),
# 添加更多车次信息
}
def show_train_info(self, train_number):
if train_number in self.trains_info:
self.trains_info[train_number].display_info()
else:
print("没有找到该车次的信息。")
# 创建订票系统实例
booking_system = TicketBookingSystem()
# 用户输入车次
user_input = input("请输入车次：")
booking_system.show_train_info(user_input)
实例训练32 -电视剧的收视率排行榜
class TVShow:
def __init__(self, name, rating):
self.name = name # 电视剧名称
self.rating = rating # 收视率
def __str__(self):
return f"{self.name}: {self.rating}%"
class TVRatingsChart:
def __init__(self):
self.shows = [] # 存储电视剧的列表
def add_show(self, show):
# 添加电视剧到列表，并保持列表按收视率降序排序
self.shows.append(show)
self.shows.sort(key=lambda x: x.rating, reverse=True)
def remove_show(self, show_name):
# 移除指定的电视剧
self.shows = [show for show in self.shows if show.name != show_name]
def display_chart(self):
# 显示收视率排行榜
print("电视剧收视率排行榜：")
for show in self.shows:
print(show)
print('-' * 40)
# 创建收视率排行榜实例
ratings_chart = TVRatingsChart()
# 添加一些电视剧和收视率
ratings_chart.add_show(TVShow("权力的游戏", 8.9))
ratings_chart.add_show(TVShow("老友记", 8.8))
ratings_chart.add_show(TVShow("绝命毒师", 9.5))
ratings_chart.add_show(TVShow("生活大爆炸", 8.2))
# 显示排行榜
ratings_chart.display_chart()
# 移除一个电视剧
ratings_chart.remove_show("生活大爆炸")
# 再次显示排行榜
print("移除《生活大爆炸》后的排行榜：")
ratings_chart.display_chart()
实例训练33 -统计需要取快递人员的名单
class ExpressDelivery:
def __init__(self):
self.recipients = [] # 存储需要取快递的人员名单
def add_recipient(self, name):
# 添加需要取快递的人员
if name not in self.recipients:
self.recipients.append(name)
print(f"{name} 已添加到取快递名单。")
else:
print(f"{name} 已经在名单中。")
def remove_recipient(self, name):
# 从名单中移除人员
if name in self.recipients:
self.recipients.remove(name)
print(f"{name} 已从取快递名单中移除。")
else:
print(f"{name} 不在名单中。")
def list_recipients(self):
# 显示所有需要取快递的人员名单
if self.recipients:
print("需要取快递的人员名单：")
for i, name in enumerate(self.recipients, 1):
print(f"{i}. {name}")
else:
print("目前没有需要取快递的人员。")
# 创建快递派送系统实例
delivery_system = ExpressDelivery()
# 添加需要取快递的人员
delivery_system.add_recipient("张三")
delivery_system.add_recipient("李四")
delivery_system.add_recipient("王五")
# 显示需要取快递的人员名单
delivery_system.list_recipients()
# 尝试重复添加人员
delivery_system.add_recipient("张三")
# 移除一个人员
delivery_system.remove_recipient("李四")
# 再次显示需要取快递的人员名单
delivery_system.list_recipients()
