Set (集合)

學習內容：

• 了解什麼是 Set 以及它的特性
• 理解 Set 與其他資料結構的不同
• 學習 Set 的基本操作（添加、移除元素等）
• 使用 Set 進行集合運算（交集、聯集、差集等）
• 掌握 Set 的常見方法

教學影片

什麼是 Set (集合)？

Set 是一種內建的資料結構，類似於數學中的集合。它是一個無序且不重複的元素集合，用大括號 {} 表示，或者使用 set() 函數來創建。

範例

fruits = {"apple", "banana", "cherry"}
numbers = set([1, 2, 3, 4, 5])

注意：Set 中的元素是無序的，因此不支持索引和切片。

Set 的特性

• 無序性：Set 中的元素沒有特定的順序。
• 唯一性：Set 中不允許有重複的元素。如果你試圖添加重複的元素，Python 會自動忽略。

範例

unique_numbers = {1, 2, 2, 3, 4, 4}
print(unique_numbers)  # {1, 2, 3, 4} (重複的元素被自動移除)

基本操作

創建 Set

可以使用大括號 {} 或 set() 函數創建 Set。

set1 = {"apple", "banana", "cherry"}
set2 = set([1, 2, 3, 4, 5])  # 將列表轉換為 Set

添加元素

使用 add() 方法添加元素：

fruits = {"apple", "banana"}
fruits.add("cherry")
print(fruits)  # {"apple", "banana", "cherry"}

移除元素

1. 使用 remove() 方法：如果元素不存在，會引發錯誤。
2. 使用 discard() 方法：如果元素不存在，不會引發錯誤。
3. 使用 pop() 方法：隨機移除一個元素，因為 Set 是無序的。

# 使用 remove()
fruits.remove("banana")
print(fruits)  # {"apple"}

# 使用 discard()
fruits.discard("cherry")  # 不會報錯，即使 "cherry" 不在集合中

# 使用 pop()
random_element = fruits.pop()
print(random_element)  # 隨機移除並返回一個元素

Set 的集合運算

聯集 (Union)

使用 | 或 union() 方法返回兩個集合的聯集。

set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}

print(set1 | set2)        # {1, 2, 3, 4, 5}
print(set1.union(set2))   # {1, 2, 3, 4, 5}

交集 (Intersection)

使用 & 或 intersection() 方法返回兩個集合的交集。

print(set1 & set2)              # {3}
print(set1.intersection(set2))  # {3}

差集 (Difference)

使用 - 或 difference() 方法返回兩個集合的差集。

print(set1 - set2)             # {1, 2} (set1 中有而 set2 中沒有的元素)
print(set1.difference(set2))   # {1, 2}

對稱差集 (Symmetric Difference)

使用 ^ 或 symmetric_difference() 方法返回兩個集合的對稱差集（只存在於其中一個集合中的元素）。

print(set1 ^ set2)                       # {1, 2, 4, 5}
print(set1.symmetric_difference(set2))   # {1, 2, 4, 5}

常見的 Set 方法

len()

計算集合中元素的數量。

print(len(set1))  # 3

clear()

清空集合中的所有元素。

set1.clear()
print(set1)  # set()

copy()

返回集合的淺複本 (這邊淺的意思，意謂著不是巢狀的深層結構)。

set_copy = set2.copy()
print(set_copy)  # {3, 4, 5}

Set 的應用場景

1. 數據去重：將列表轉換為 Set 來刪除重複元素。
2. 集合運算：處理多個集合之間的運算，方便進行交集、聯集等操作。
3. 檢查元素是否存在：使用 in 關鍵字進行快速查找。

範例

# 數據去重
duplicates = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5]
unique_values = set(duplicates)
print(unique_values)  # {1, 2, 3, 4, 5}

練習

1. 創建一個包含 5 個不同字母的 Set，並嘗試添加一個重複的字母，觀察 Set 的變化。
2. 編寫一個程式，使用 Set 來找出兩個列表之間的共同元素。
3. 使用集合運算計算兩個 Set 的聯集、交集和差集。