Python 集合應用：10+個集合操作的實用案例
集合（Set）在Python中是一個無序且不重復元素的序列，它非常適合用于數據去重和集合運算。今天，我們將通過10個實用案例，一步步探索集合的奧秘，讓Python編程更加得心應手。
案例1：創建集合和基本操作
目標：理解集合的創建及添加、刪除元素。
# 創建集合
my_set = {1, 2, 3}
print("初始集合:", my_set)
# 添加元素
my_set.add(4)
print("添加元素后:", my_set)
# 刪除元素
my_set.remove(2)
print("刪除元素后:", my_set)輸出：
初始集合: {1, 2, 3}
添加元素后: {1, 2, 3, 4}
刪除元素后: {1, 3, 4}注意：add()用于添加元素，remove()用于刪除元素，若元素不存在會拋出異常。
案例2：集合的并集
目標：合并兩個集合的所有元素。
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
union_set = set1.union(set2)
print("并集:", union_set)輸出：
并集: {1, 2, 3, 4}技巧：使用|也可以實現并集操作，如set1 | set2。
案例3：交集
目標：找出兩個集合共有的元素。
set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {2, 3, 4, 5}
intersection = set1.intersection(set2)
print("交集:", intersection)輸出：
交集: {2, 3, 4}小貼士：&是交集的快捷符號，例如set1 & set2。
案例4：差集
目標：找出在一個集合中但不在另一個集合中的元素。
set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {3, 4, 5, 6}
difference = set1.difference(set2)
print("差集:", difference)輸出：
差集: {1, 2}使用提示：也可以用-操作符來表示差集，如set1 - set2。
案例5：對稱差集
目標：找出兩個集合里獨有的元素，即非交集部分。
set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {3, 4, 5, 6}
symmetric_difference = set1.symmetric_difference(set2)
print("對稱差集:", symmetric_difference)輸出：
對稱差集: {1, 2, 5, 6}快捷方式：^符號可以用來快速計算對稱差集，如set1 ^ set2。
案例6：集合的子集和超集
目標：判斷一個集合是否是另一個集合的子集或超集。
subset = {1, 2}
superset = {1, 2, 3, 4}
print("subset是superset的子集嗎?", subset.issubset(superset))
print("superset是subset的超集嗎?", superset.issuperset(subset))輸出：
subset是superset的子集嗎? True
superset是subset的超集嗎? True案例7：集合推導式
目標：利用集合推導式快速生成集合。
squares = {x**2 for x in range(1, 6)}
print("平方數集合:", squares)輸出：
平方數集合: {1, 4, 9, 16, 25}解釋：集合推導式是一種簡潔的創建集合的方式，類似于列表推導式。
案例8：集合與字符串
目標：將字符串轉換為字符集合，用于去重。
my_string = "hello"
unique_chars = set(my_string)
print("去重后的字符集合:", unique_chars)輸出：
去重后的字符集合: {'o', 'l', 'e', 'h'}應用場景：常用于統計文本中不重復字符的數量。
案例9：集合與迭代
目標：遍歷集合并執行操作。
numbers = {1, 2, 3}
for num in numbers:
print(num ** 2)輸出：
1
4
9提示：集合不適合需要順序訪問的場合，因為它們是無序的。
案例10：實際場景應用：數據清洗
目標：使用集合去除重復數據。
假設我們有兩個列表，分別代表數據庫的兩次查詢結果，我們需要合并這些結果并去除重復項。
query_result_1 = [101, 102, 103]
query_result_2 = [103, 104, 105]
# 使用集合合并并去重
unique_results = set(query_result_1 + query_result_2)
print("去重后的結果:", unique_results)輸出：
去重后的結果: {101, 102, 103, 104, 105}實踐技巧：集合操作在數據清洗和預處理中非常有用，特別是當需要快速去除重復項時。
進階應用：Python集合的高級技巧與實戰案例
高級技巧1：集合的 frozenset
目標：了解不可變集合frozenset，及其在需要不可變數據結構的場景下的應用。
# 創建一個frozenset
frozen_set = frozenset([1, 2, 3])
try:
frozen_set.add(4) # 嘗試添加元素
except AttributeError as e:
print(e)輸出：
'frozenset' object has no attribute 'add'重要性：frozenset可用于作為字典的鍵或集合的元素，因為它不可變且哈希。
高級技巧2：集合的異或操作
目標：理解異或操作^在集合中的應用，用于找出兩個集合中獨有的元素，不包括兩者共有的元素。
set_a = {1, 2, 3, 4}
set_b = {3, 4, 5, 6}
unique_elements = set_a ^ set_b
print(unique_elements)輸出：
{1, 2, 5, 6}應用：在數據對比時非常有用，找出兩邊不同的數據。
實戰案例：用戶權限管理
場景描述：假設你正在開發一個系統，需要管理不同用戶的不同權限集合。每個用戶擁有一個權限集合，需要檢查用戶是否擁有特定權限，以及批量分配或移除權限。
# 用戶權限初始化
user_permissions = {
'Alice': {'read', 'write'},
'Bob': {'read'},
'Charlie': {'read', 'write', 'execute'}
}
def check_permission(user, permission):
"""檢查用戶是否有特定權限"""
return permission in user_permissions.get(user, set())
def update_permissions(user, *permissions, add=True):
"""添加或移除權限"""
current_perms = user_permissions.get(user, set())
if add:
user_permissions[user] = current_perms.union(permissions)
else:
user_permissions[user] = current_perms.difference(permissions)
# 檢查權限
print(check_permission('Alice', 'write')) # 輸出: True
# 更新權限
update_permissions('Bob', 'write')
print(user_permissions['Bob']) # 輸出: {'read', 'write'}
# 移除權限
update_permissions('Bob', 'read', add=False)
print(user_permissions['Bob']) # 輸出: {'write'}分析：
- 使用集合存儲權限，便于進行高效的添加、移除和檢查操作。
- check_permission函數利用集合的成員運算符快速檢查權限。
- update_permissions函數展示了集合的并集和差集操作，用于動態管理權限。
通過這個實戰案例，我們看到了集合在實際應用中的強大能力，特別是在處理元素的唯一性和集合運算方面。掌握這些技巧，將使你在處理數據和邏輯控制時更加游刃有余。
