3. 集合

何謂集合

集合(set)儲存的是無序列的元素，而且儲存時會自動移除重複的元素，所以在集合中是不存在重複的元素。

# 方法1
集合型別 = {元素1,元素2,…}
# 方法2
集合型別 = set((元素1,元素2,…))

1. 使用

   • 方法1 建立集合時，其中的元素可以使用的型別為數值、字串和元組。
   • 方法2 則還可以使用串列，字典。例如:

   # 資料型態：tuple（元組），允許重複元素，且會保持輸入順序 => (1, 2, 3, 1, 2)
   s1 = set((1, 2, 3, 1, 2)) # 集合元素為 1、2、3，重複者會被刪除
   # 資料型態：tuple（元組），元組裡面可以包含不同資料型態，甚至是巢狀元組（把 (2, 3) 當成其中一個元素）。 => ('A', (2, 3), 4)
   s2 = set(('A', (2,3), 4)) # 集合元素為 'A'、(2,3)、4 
   # 資料型態：set（集合），
   s3 = set(range(1, 11)) # 集合元素為 1 ~ 10，range(1, 11) 會產生從 1 到 10 的數字序列（不包含 11，set() 將此序列轉為集合 => {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
   # 資料型態：set（集合），{1:'A', 2:'B', 3:'C'} 是一個 dict（字典）,將字典傳入 set() 時，預設只會抓取字典的鍵（Keys），忽略值（Values）
   s4 = set({1:'A', 2:'B', 3:'C'}) # 集合元素 為1、2、3

2. 要建立空集合時，一定要使用 方法2 寫法如下:

   s = set() # 空集合。

集合的基本操作

集合內的元素可以新增刪減，其基本操作語法如下:

功能	語法說明
新增	語法：集合.add(元素)
刪除	語法：集合.remove(元素)
新增	語法：集合.update(參數) 說明：參數可以是元素或是串列、元組或字典。
刪除	語法：集合.discard(元素) 說明：同 remove，其差異是 remove 會產生錯誤訊息，discard 則不會。
刪除	語法：集合.pop() 說明：隨機刪除集合中的一個元素。

[例]集合基本操作。 (set_1.py)

程式碼: set_1.py

# 直接用大括號建立包含單一字串元素的集合
set1 = {'Anastasia'} 
print(set1)  # 輸出: {'Anastasia'} (集合內只有 1 個長字串元素)
# 將字串傳入 set() 函式，字串會被拆解成單一字元，並自動剔除重複字元（如小寫 'a'）
set1 = set('Anastasia')
# 輸出: {'n', 't', 'i', 'a', 'A', 's'} (順序可能隨機，重複的 'a' 被去除了)
print(set1)  #{'n', 't', 'i', 'a', 'A', 's'}
# 將字典傳入 set() 函式，預設只會擷取字典的「鍵 (Key)」
set1 = set({'貓':'cat','狗':'dog'})
print(set1)  # 輸出: {'貓', '狗'}
# 將字串 '嘻嘻哈哈' 轉為集合，字串被拆成單字元並剔除重複字（'嘻' 與 '哈' 各留一個）
set1 = set('嘻嘻哈哈')
# 輸出: {'嘻', '哈'} (或 {'哈', '嘻'})
print(set1)  
# 使用 .add() 將「笑嘻嘻」作為「一個完整的元素」加入集合
set1.add('笑嘻嘻')
# 輸出: {'嘻', '哈', '笑嘻嘻'}
print(set1)  
# 使用 .remove() 移除指定的元素 '笑嘻嘻'
set1.remove('笑嘻嘻')
# 輸出: {'嘻', '哈'}
print(set1)  
# 使用 .discard() 嘗試移除 '笑嘻嘻'
# 因為在上一步已經移除掉了，但 .discard() 找不到元素時「不會報錯」，會安全地忽略
set1.discard('笑嘻嘻')
# 使用 .update() 傳入字串 '笑嘻嘻'
# .update() 會把傳入的字串拆解成字元 ('笑', '嘻') 再分別加入，並剔除重複的 '嘻'
set1.update('笑嘻嘻')
# 輸出: {'嘻', '哈', '笑'}
print(set1) 
# 被註解掉的程式碼：若取消註解，因為目前集合內有 '笑嘻嘻' 拆開後的單字，但沒有完整的 '笑嘻嘻' 字串，執行會報 KeyError 錯誤
#set1.remove('笑嘻嘻')
# 使用 .pop() 隨機取出並移除集合中的「任意一個元素」
set1.pop() 
 
print(set1)

集合的運算

Python可以對兩個集合進行聯集、交集、差集和互斥等運算，下表為集合運算常用的方法。

運算	說明與範例
聯集	語法： 集合 1 | 集合 2 集合 1.union(集合 2) 簡例：print(set1 | set2) # {1, 2, 3, 4} 說明：兩個集合中所有的元素。
交集	語法： 集合 1 & 集合 2 集合 1.intersection(集合 2) 簡例：print(set1 & set2) # {3} 說明：兩個集合中皆有的元素。
差集	語法： 集合 1 - 集合 2 集合 1.difference(集合 2) 簡例：print(set1 - set2) # {1, 2} 說明：屬於集合 1 但不屬於集合 2 的元素組成的集合。
互斥	語法： 集合 1 ^ 集合 2 集合 1.symmetric_difference(集合 2) 簡例：print(set1 ^ set2) # {1, 2, 4} 說明：集合 1 和集合 2 的元素組成的集合，但不包含兩集合皆有的元素。
子集合	語法： 集合 1 <= 集合 2 集合 1.issubset(集合 2) 簡例： set1 = {1, 2} set2 = {1, 2, 3} print(set1 <= set2) # True 說明：判斷集合 1 是否為集合 2 的子集合。
超集合	語法： 集合 1 >= 集合 2 集合 1.issuperset(集合 2) 簡例： print(set1 >= set2) # False 說明：判斷集合 2 的所有元素，是否都包含在集合 1 中。

[簡例] 學校有熱門音樂社和流行音樂社兩個社團,社團的參加人員名單,可能有重複登錄,又有同時參加兩個社團的情形。現在兩社團要合併成一個社團,請統計兩社團正確的人數,合併後的人數,以及重複參加的同學名單。(檔名:group.py)

程式碼: group.py

# 這段程式碼主要展示了 **Set（集合）** 去除重複資料，以及進行集合運算（交集與聯集）的實際應用。
# 建立熱門音樂社的原始名單串列 (List)，包含重複報名的姓名（例如：'王一'、'張三'出現兩次）
g1=['林二','王一','張三','趙六','王一','李四','張三','陳五']
 
# 建立流行音樂社的原始名單串列 (List)，包含重複報名的姓名（例如：'柯七'出現兩次）
g2=['鄭十','趙六','劉千','廖八','柯七','張三','王一','呂九','柯七','蔡百']
 
# 使用 set() 將熱門音樂社名單轉為集合 (Set)，自動剔除重複的人名，得到單一不重複的名單
s1 = set(g1)
 
# 印出熱門音樂社的「原始人數 len(g1)」與「去除重複後的正確人數 len(s1)」
print(f'熱門音樂社原來人數：{len(g1)}人  正確人數：{len(s1)}人')
 
# 使用 set() 將流行音樂社名單轉為集合 (Set)，自動剔除重複的人名
s2 = set(g2)
 
# 印出流行音樂社的「原始人數 len(g2)」與「去除重複後的正確人數 len(s2)」
print(f'流行音樂社原來人數：{len(g2)}人  正確人數：{len(s2)}人')
 
# 使用 .intersection() 取交集（也可用 s1 & s2），找出同時存在於兩個社團（重複參加）的名單
s3 =s1.intersection(s2)
 
# 印出兩社重複參加的名單（集合形式，例如：{'張三', '王一', '趙六'}）
print(f'重複參加社團名單：{s3}')
 
# 使用 .union() 取聯集（也可用 s1 | s2），將兩個社團的名單合併，並自動去除跨社重複的人名
s4 =s1.union(s2)
 
# 印出合併後且不重複的總人數 len(s4)
print(f'合併後社團人數：{len(s4)}人')

[結果]

熱門音樂社原來人數：8人  正確人數：6人
流行音樂社原來人數：10人  正確人數：9人
重複參加社團名單：{'張三', '王一', '趙六'}
合併後社團人數：12人

[簡例] 請撰寫一程式完成下列項目。

1. 可以使用的號碼為1~7之間的整數。
2. 電腦以亂數隨機挑選兩個不重複的數字。
3. 使用者猜測電腦挑選的號碼,使用者有三次猜測的機會。

程式碼: guess.py

# 設定檔案編碼為 UTF-8，確保中文字串（如 input、print 中的文字）能正常顯示
# -*- coding: utf-8 -*-
# 這段程式碼是一個**猜數字（樂透）小遊戲**：電腦會隨機產生 2 個 1 到 7 之間不重複的數字，玩家最多有 3 次機會輸入 2 個數字來猜電腦的解答。
# 從 random 模組中匯入 randint 函式，用來產生指定範圍內的隨機整數
from random import randint
# 建立一個空的集合 (Set) 變數 pc，用來儲存電腦產生的答案（利用集合不重複的特性）
pc = set()
# 當 pc 集合內的元素個數小於 2 個時，持續執行迴圈
while (len(pc) < 2):
    # 產生一個 1 到 7 之間的隨機整數，並加入 pc 集合中 
    # 如果抽到重複的數字，集合會自動忽略，直到湊滿 2 個不重複的數字才會結束迴圈
    pc.add(randint(1, 7))
print(f'電腦已經選好號碼了 {pc}，請輸入兩個 1~7 的號碼，總共有三次機會')   
# 建立變數 count 並設定初始值為 3，代表玩家最多有 3 次猜題機會
count = 3
# 當 count 大於 0 時（在 Python 中非零數字視為 True），持續執行猜題迴圈
while (count):
    # 建立一個空的集合 you，用來儲存玩家這次輸入的 2 個數字
    you = set()
    # 當玩家輸入的有效數字還不到 2 個時，持續提示輸入
    while (len(you) < 2):
        # 提示玩家輸入數字，使用 f-string 顯示目前是輸入第幾個號碼（1 或 2），並用 int() 轉為整數
        x = int(input (f'請輸入第 {len(you) + 1} 個號碼：'))
        # 檢查玩家輸入的數字是否在 1 到 7 的有效範圍內 (1 <= x <= 7)
        if(x <= 7 and x > 0):
            #若符合範圍則加入 you 集合中（若輸入重複數字，集合長度不會增加，會要求重填）
            you.add(x)
    # 比較電腦答案(pc) 與玩家輸入(you) 是否完全相同(集合比較不看順序，只看元素是否一致）
    if(pc == you):
        # 如果兩者集合相同，印出「答對了」
        print('答對了')
        # 強制跳出最外層的 while 迴圈，提前結束遊戲
        break
    # 若答案不符合，印出「答錯了」
    print('答錯了')
    # 將剩餘次數 count 減 1，繼續進行下一次嘗試，直到 count 扣到 0 為止
    count -= 1

[結果]

請輸入第 1 個號碼 : 1
請輸入第 2 個號碼 : 2
答錯了
 
請輸入第 1 個號碼 : 3
請輸入第 2 個號碼 : 4
答對了

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相關主題與延伸閱讀

• 1. 元組：同屬容器資料結構，可比較元組的有序與集合的無序特性。
• 2. 字典：可比較字典鍵的唯一性與集合元素不重複的特性。
• 4. 元組、字典和集合的比較與使用時機：統整集合與元組、字典的選用時機。
• 4. 串列的函式與方法：集合常由串列轉換而來，用於資料去除重複。
• 5. 例外處理：使用 remove() 刪除不存在的元素時會產生錯誤，可搭配例外處理。