python中set数据类型怎么用_python集合set数据类型操作方法

冰火之心
发布: 2025-09-13 15:40:01
原创
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Python中的set是无序且元素唯一的集合,适用于快速成员检测、去重和集合运算。通过花括号{}或set()创建,支持add、remove、discard等操作,并提供交集(&)、并集(|)、差集(-)、对称差集(^)等数学运算。与列表和元组不同,set不支持索引,元素必须可哈希,常用于高效去重和集合关系处理。注意空集合需用set()创建,且集合操作性能高但内存占用较大。

python中set数据类型怎么用_python集合set数据类型操作方法

Python中的

set
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数据类型本质上是一个无序且元素唯一的集合。它最核心的用处,在我看来,就是快速地进行成员检测、去除序列中的重复项,以及执行各种数学意义上的集合操作,比如求交集、并集和差集。当你需要处理一系列不关心顺序但又要求元素不能重复的数据时,
set
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往往是那个最直接、最高效的选择。

解决方案

使用Python的

set
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数据类型其实非常直观。你可以通过两种主要方式来创建它:

  1. 直接使用花括号

    {}
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    my_set = {1, 2, 3, 4, 1} # 重复的1会被自动去除
    print(my_set) # 输出: {1, 2, 3, 4} (顺序可能不同)
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    需要注意的是,创建一个空的

    set
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    不能直接用
    {}
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    ,因为这会创建一个空的字典。你应该使用
    set()
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    立即学习Python免费学习笔记(深入)”;

  2. 使用

    set()
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    构造函数

    empty_set = set()
    print(empty_set) # 输出: set()
    
    from_list = set([1, 2, 2, 3])
    print(from_list) # 输出: {1, 2, 3}
    
    from_string = set("hello")
    print(from_string) # 输出: {'o', 'e', 'l', 'h'} (同样,顺序不确定,且字符唯一)
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添加和删除元素:

  • add(element)
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    :向集合中添加一个元素。如果元素已存在,集合不会改变。
    my_set.add(5)
    my_set.add(2) # 2已存在,无变化
    print(my_set) # 输出: {1, 2, 3, 4, 5}
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  • remove(element)
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    :从集合中移除一个元素。如果元素不存在,会引发
    KeyError
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    my_set.remove(5)
    # my_set.remove(99) # 这会引发KeyError
    print(my_set) # 输出: {1, 2, 3, 4}
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  • discard(element)
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    :与
    remove()
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    类似,但如果元素不存在,不会引发错误。这在你不确定元素是否存在时非常有用。
    my_set.discard(4)
    my_set.discard(99) # 不会报错
    print(my_set) # 输出: {1, 2, 3}
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  • pop()
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    :随机移除并返回集合中的一个元素。由于
    set
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    是无序的,你无法预测哪个元素会被移除。如果集合为空,会引发
    KeyError
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    popped_element = my_set.pop()
    print(f"移除的元素: {popped_element}, 剩余集合: {my_set}")
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  • clear()
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    :移除集合中的所有元素,使其变为空集。
    my_set.clear()
    print(my_set) # 输出: set()
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集合操作:

set
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最强大的地方在于它能直接进行数学上的集合运算。

  • 并集 (Union)
    |
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    union()
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    set_a = {1, 2, 3}
    set_b = {3, 4, 5}
    union_set = set_a | set_b
    print(union_set) # 输出: {1, 2, 3, 4, 5}
    print(set_a.union(set_b)) # 同样输出: {1, 2, 3, 4, 5}
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  • 交集 (Intersection)
    &
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    intersection()
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    intersection_set = set_a & set_b
    print(intersection_set) # 输出: {3}
    print(set_a.intersection(set_b)) # 同样输出: {3}
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  • 差集 (Difference)
    -
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    difference()
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    (A - B 表示在A中但不在B中的元素)
    difference_set = set_a - set_b
    print(difference_set) # 输出: {1, 2}
    print(set_a.difference(set_b)) # 同样输出: {1, 2}
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  • 对称差集 (Symmetric Difference)
    ^
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    symmetric_difference()
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    (在A或B中,但不同时在两者中的元素)
    symmetric_difference_set = set_a ^ set_b
    print(symmetric_difference_set) # 输出: {1, 2, 4, 5}
    print(set_a.symmetric_difference(set_b)) # 同样输出: {1, 2, 4, 5}
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成员检测和子集/超集判断:

  • element in my_set
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    :检查元素是否存在于集合中,效率极高。
    print(1 in set_a) # 输出: True
    print(9 in set_a) # 输出: False
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  • issubset()
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    /
    <=
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    :判断一个集合是否是另一个集合的子集。
    set_c = {1, 2}
    print(set_c.issubset(set_a)) # 输出: True
    print(set_c <= set_a) # 同样输出: True
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  • issuperset()
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    /
    >=
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    :判断一个集合是否是另一个集合的超集。
    print(set_a.issuperset(set_c)) # 输出: True
    print(set_a >= set_c) # 同样输出: True
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  • isdisjoint()
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    :判断两个集合是否没有共同的元素(不相交)。
    set_d = {6, 7}
    print(set_a.isdisjoint(set_d)) # 输出: True
    print(set_a.isdisjoint(set_b)) # 输出: False (因为有共同元素3)
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Python集合(Set)与列表(List)或元组(Tuple)有什么本质区别

这个问题问得很好,因为这三者在Python中都是用来存储多个元素的,但它们的设计哲学和适用场景却大相径庭。理解这些差异,是高效选择数据结构的关键。

首先,最核心的区别在于元素的唯一性元素的顺序性

  • 列表(List):它是有序的,可以包含重复的元素。你可以通过索引访问任何位置的元素,并且列表是可变的,意味着你可以添加、删除或修改其中的元素。我们平时处理序列数据,比如一串用户操作记录、一份商品清单(即使商品有重复),列表总是首选。它的有序性保证了数据的输入和输出顺序一致,这在很多业务逻辑中是不可或缺的。

    my_list = [1, 2, 3, 2, 1]
    print(my_list[0]) # 输出: 1
    my_list.append(4)
    print(my_list) # 输出: [1, 2, 3, 2, 1, 4]
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  • 元组(Tuple):它也是有序的,可以包含重复的元素,但它是不可变的。一旦创建,就不能修改其内容。这使得元组在某些场景下比列表更安全,例如作为函数参数传递时,可以确保其内容不会被意外修改。同时,由于其不可变性,元组可以作为字典的键,或者作为集合的元素(而列表不行)。我个人觉得元组更像是一种“固定不变的记录”,比如坐标

    (x, y)
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    、日期
    (year, month, day)
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    等。

    my_tuple = (1, 2, 3, 2, 1)
    print(my_tuple[0]) # 输出: 1
    # my_tuple.append(4) # 这会报错,元组不可变
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  • 集合(Set):这是今天的主角。它最大的特点是无序的,并且只存储唯一的元素。这意味着你不能通过索引来访问集合中的元素,而且当你创建一个包含重复元素的集合时,重复项会自动被去除。集合是可变的,你可以添加或删除元素,但集合中的元素本身必须是不可变的(可哈希的)。这种设计让它在处理“成员资格”和“去重”问题时表现出色。当你只关心“有什么”而不关心“有多少个”或“在什么位置”时,

    set
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    就是你的最佳拍档。

    my_set = {1, 2, 3, 2, 1}
    print(my_set) # 输出: {1, 2, 3} (顺序不确定)
    # print(my_set[0]) # 这会报错,集合无序,不支持索引
    my_set.add(4)
    print(my_set) # 输出: {1, 2, 3, 4}
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从性能角度看,由于

set
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内部是基于哈希表实现的,它在进行成员检测(
in
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操作)时通常比列表和元组快得多,平均时间复杂度是O(1),而列表和元组是O(n)。所以,如果你有一个庞大的数据集,需要频繁检查某个元素是否存在,
set
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无疑是更好的选择。

如何在Python中高效地处理重复数据并进行集合运算?

在Python中,

set
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数据类型简直就是为“去重”和“集合运算”量身定制的。我经常在数据清洗和分析任务中用到它,它的简洁和效率确实能省下不少力气。

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高效去重:

最常见的场景就是从一个列表中去除重复项。

set
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提供了一种非常Pythonic且高效的方法:

# 假设我们有一份日志,里面有很多重复的IP地址
log_ips = ["192.168.1.1", "10.0.0.5", "192.168.1.1", "172.16.0.10", "10.0.0.5"]

# 去重只需要一步
unique_ips = list(set(log_ips))
print(unique_ips) # 输出: ['192.168.1.1', '10.0.0.5', '172.16.0.10'] (顺序不定)

# 如果你不需要保持列表形式,直接用set就可以
unique_ips_set = set(log_ips)
print(unique_ips_set)
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这种方法利用了

set
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自动去重的特性,然后如果需要,再转换回列表。对于大型列表,这种方式比手动遍历并检查元素是否已存在要快得多。

高效集合运算:

set
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的另一个强大之处在于它对数学集合运算的原生支持,这使得处理复杂的数据关系变得非常直观。

  • 找出共同的元素 (交集): 假设我们有两个用户群体的ID列表,想知道哪些用户同时属于这两个群体。

    group_a_users = {101, 103, 105, 107, 109}
    group_b_users = {105, 107, 110, 112, 114}
    
    common_users = group_a_users.intersection(group_b_users)
    # 或者 common_users = group_a_users & group_b_users
    print(f"共同用户: {common_users}") # 输出: 共同用户: {105, 107}
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  • 合并所有元素 (并集): 如果你想知道所有参与过这两个群体的用户有哪些。

    all_users = group_a_users.union(group_b_users)
    # 或者 all_users = group_a_users | group_b_users
    print(f"所有用户: {all_users}") # 输出: 所有用户: {101, 103, 105, 107, 109, 110, 112, 114}
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  • 找出特定群体独有的元素 (差集): 想知道A群组中有哪些用户不在B群组中。

    a_only_users = group_a_users.difference(group_b_users)
    # 或者 a_only_users = group_a_users - group_b_users
    print(f"A群组独有用户: {a_only_users}") # 输出: A群组独有用户: {101, 103, 109}
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  • 找出在任一群组但不同时在两个群组的元素 (对称差集): 这在找出两个集合中“不重叠”的部分时很有用。

    exclusive_users = group_a_users.symmetric_difference(group_b_users)
    # 或者 exclusive_users = group_a_users ^ group_b_users
    print(f"任一群组独有用户: {exclusive_users}") # 输出: 任一群组独有用户: {101, 103, 109, 110, 112, 114}
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这些操作不仅代码简洁,而且在Python底层都经过高度优化,对于处理大规模数据集时,性能表现通常非常出色。

另外,值得一提的是

frozenset
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。它是
set
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的不可变版本。这意味着一旦创建,就不能再添加或删除元素。
frozenset
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的一个主要用途是作为字典的键,或者作为另一个
set
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的元素,因为
set
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的元素必须是可哈希的(即不可变的)。

frozen_set_example = frozenset([1, 2, 3])
# my_set_of_sets = {frozen_set_example, frozenset([3, 4])} # 这样是合法的
# my_set_of_sets = {{1, 2}, {3, 4}} # 这样会报错,因为普通的set是可变的,不可哈希
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Python Set操作中常见的陷阱与性能考量有哪些?

尽管

set
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非常强大和高效,但在实际使用中,我们还是会遇到一些需要注意的地方,特别是关于它的特性和性能边界。我个人在项目里就踩过几个小坑,所以总结了一些经验。

常见的陷阱:

  1. 空花括号

    {}
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    创建的是字典,不是空集合。 这是初学者最容易犯的错误之一。如果你想创建一个空的
    set
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    ,必须使用
    set()
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    empty_dict = {}
    print(type(empty_dict)) # 输出: <class 'dict'>
    
    empty_set = set()
    print(type(empty_set)) # 输出: <class 'set'>
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    这个细节很重要,因为如果你误用

    {}
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    并期望它是一个集合,后续的集合操作都会失败。

  2. 集合的元素必须是可哈希的(Hashable)。 这意味着集合不能包含可变的数据类型,比如列表(

    list
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    )、字典(
    dict
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    )或其他集合(
    set
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    )。如果你尝试将这些可变对象添加到集合中,Python会抛出
    TypeError: unhashable type
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    # valid_set = {[1, 2]} # 这会报错!list是不可哈希的
    valid_set = {1, "hello", (1, 2)} # 数字、字符串、元组都是可哈希的
    print(valid_set)
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    这是因为

    set
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    内部依赖元素的哈希值来快速查找和存储,而可变对象的哈希值可能会改变,这会破坏集合的内部结构。如果确实需要存储集合的集合,可以考虑使用
    frozenset
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    作为内部元素。

  3. remove()
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    discard()
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    的选择。
    前面提到过,
    remove()
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    在元素不存在时会抛出
    KeyError
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    ,而
    discard()
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    则不会。在编写代码时,需要根据你的业务逻辑来选择。

    • 如果你确定元素一定存在,或者你希望在元素不存在时明确捕获这个错误并处理,使用
      remove()
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    • 如果你不确定元素是否存在,只是想“尝试”移除它,并且不希望程序因为元素不存在而中断,那么
      discard()
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      是更安全的选项。
  4. pop()
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    的随机性。 由于
    set
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    是无序的,
    pop()
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    方法移除哪个元素是不可预测的。这意味着你不能依赖
    pop()
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    来按照特定顺序获取或移除元素。如果需要按顺序处理,最好先将集合转换为列表并排序。

性能考量:

  1. 成员检测 (

    in
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    操作) 的高效性。 这是
    set
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    最显著的性能优势之一。平均情况下,检查一个元素是否在集合中,时间复杂度是O(1)(常数时间)。这意味着无论集合有多大,查找一个元素所需的时间大致相同。相比之下,在列表中查找元素是O(n)(线性时间),随着列表增大,查找时间会线性增长。

    import time
    
    large_list = list(range(1_000_000))
    large_set = set(large_list)
    
    # 列表查找
    start = time.time()
    _ = 999_999 in large_list
    end = time.time()
    print(f"列表查找耗时: {end - start:.6f}秒")
    
    # 集合查找
    start = time.time()
    _ = 999_999 in large_set
    end = time.time()
    print(f"集合查找耗时: {end - start:.6f}秒")
    # 通常会看到集合查找快得多
    登录后复制

    因此,当你的核心需求是频繁地进行成员资格测试时,

    set
    登录后复制
    是毋庸置疑的首选。

  2. 内存占用

    set
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    在存储元素时,需要为每个元素计算哈希值,并将其存储在一个哈希表中。这通常意味着
    set
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    会比存储相同元素的列表占用更多的内存,因为它需要额外的空间来维护哈希表的结构。对于内存敏感的应用,这可能是一个需要权衡的因素。

  3. 集合操作的效率。 像并集、交集、差集这样的集合操作,在

    set
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    上执行也是非常高效的,通常是O(min(len(s1), len(s2))) 或 O(len(s1) + len(s2)),具体取决于操作类型。Python底层对这些操作进行了高度优化,使得它们在处理大量数据时表现出色。

  4. 创建集合的开销。 从一个列表或其他可迭代对象创建

    set
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    时,Python需要遍历所有元素并计算它们的哈希值,这会有一定的初始化开销。如果你的数据量非常大,并且只需要进行一次性操作(比如去重后就不再使用集合的特性),那么这个创建成本也需要考虑。

总的来说,

set
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是一个非常强大的工具,但了解它的这些特性和限制,可以帮助我们更好地利用它,避免不必要的错误,并在性能和内存之间做出明智的权衡。

以上就是python中set数据类型怎么用_python集合set数据类型操作方法的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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