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Set e frozenset

Cosa sono i set ed i frozenset su Python: come si usano, a cosa servono e quali sono i metodi e gli strumenti per interagire con queste strutture dati.
Cosa sono i set ed i frozenset su Python: come si usano, a cosa servono e quali sono i metodi e gli strumenti per interagire con queste strutture dati.
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Oltre a liste, tuple, e dizionari, Python fornisce altri due contenitori built-in: set e frozenset. I set (insiemi) vengono usati per rappresentare un insieme non ordinato di oggetti unici. Questa sequenza è mutabile nel caso di set, e immutabile nel caso di frozenset.

Definire set e frozenset

I set vengono definiti elencando tra parentesi graffe ({}) una serie di oggetti separati da virgole (,). Nonostante sia set che dizionari usino le parentesi graffe, Python è in grado di distinguerli perché i dizionari contengono chiavi e valori separati dai due punti. Dato che la sintassi {} è già utilizzata per definire un dizionario vuoto, non c'è nessuna sintassi disponibile per creare un set vuoto, che si può però definire usando set(). Anche per il frozenset non esiste una sintassi dedicata, ma è possibile usare frozenset(...).

>>> nums = {10, 20, 30, 40}  # nuovo set di 4 elementi
>>> nums  # gli elementi del set non sono ordinati
{40, 10, 20, 30}
>>> type(nums)  # verifichiamo che il tipo sia "set"
<class 'set'>
>>> fnums = frozenset(nums)  # nuovo frozenset a partire dal set nums
>>> fnums
frozenset({40, 10, 20, 30})
>>> type(fnums)  # verifichiamo che il tipo sia "frozenset"
<class 'frozenset'>
>>> {'Python'}  # set di 1 elemento (una stringa)
{'Python'}
>>> empty = set()  # nuovo set vuoto
>>> empty
set()
>>> type({})  # {} crea un dict vuoto
<class 'dict'>
>>> type(set())  # set() crea un set vuoto
<class 'set'>
>>> type(frozenset())  # frozenset() crea un frozenset vuoto
<class 'frozenset'>

Abbiamo visto che gli elementi dei set devono essere unici: se non lo sono Python rimuoverà automaticamente i duplicati. Gli elementi di un set, così come le chiavi di un dizionario, devono anche essere hashabili. Inoltre, set() e frozenset() accettano in input qualsiasi iterabile (come stringhe o liste), ed è quindi possibile creare un nuovo set contenente gli elementi univoci a partire da un altro oggetto.

>>> {1, 2, 3, 2, 1}  # gli elementi sono unici, i duplicati vengono rimossi
{1, 2, 3}
>>> set('abracadabra')  # trova l'insieme di lettere nella stringa 'abracadabra'
{'d', 'b', 'a', 'c', 'r'}
>>> frozenset('abracadabra')
frozenset({'d', 'b', 'a', 'c', 'r'})
>>> {'a', 1, (3, 14)}  # gli elementi devono essere hashabili
{1, 'a', (3, 14)}
>>> {'a', 1, (3, 14), [3, 2, 1]}  # altrimenti Python dà TypeError
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unhashable type: 'list'

Usare set e frozenset

set e frozenset supportano alcune operazioni di base:

>>> nums = {10, 20, 30, 40}
>>> len(nums)  # numero di elementi
4
>>> min(nums)  # elemento più piccolo
10
>>> max(nums)  # elemento più grande
40
>>> 10 in nums  # contenimento
True
>>> 50 not in nums
True
>>> 60 in nums
False

I set supportano anche diversi metodi:

  • set.add(elem): aggiunge elem al set;
  • set.remove(elem): rimuove elem dal set, restituisceun KeyError se l'elemento non è presente;
  • set.discard(elem): rimuove elem dal set se presente;
  • set.pop(): rimuove e restituisce un elemento arbitrario del set;
  • set.copy(): crea e restituisce una copia del set;
  • set.clear(): rimuove tutti gli elementi del set;

Tra questi metodi, solo .copy() è supportato da frozenset, dato che gli altri metodi mutano il set.

>>> nums = {10, 20, 30, 40}  # nuovo set di 4 elementi
>>> nums.add(50)  # aggiunge 50
>>> nums
{40, 10, 20, 50, 30}
>>> nums.remove(10)  # rimuove 10
>>> nums
{40, 20, 50, 30}
>>> nums.remove(10)  # restituisce KeyError perché 10 non è più presente
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 10
>>> nums.discard(20)  # rimuove 20
>>> nums
{40, 50, 30}
>>> nums.discard(20)  # se l'elemento non è presente, discard non dà errore
>>> nums.pop()  # rimuove e restituisce un elemento arbitrario
40
>>> nums
{50, 30}
>>> nums.clear()  # rimuove gli elementi rimanenti
>>> nums
set()

I set supportano anche una serie di operazioni tipiche degli insiemi. Alcune di queste operazioni sono implementate sia tramite metodi (per leggibilità) sia tramite operatori (per convenienza):

Operatore Metodo Descrizione
s1.isdisjoint(s2) Restituisce True se i due set non hanno elementi in comune
s1 <= s2 s1.issubset(s2) Restituisce True se s1 è un sottoinsieme di s2
s1 < s2 Restituisce True se s1 è un sottoinsieme proprio di s2
s1 >= s2 s1.issuperset(s2) Restituisce True se s2 è un sottoinsieme di s1
s1 > s2 Restituisce True se s2 è un sottoinsieme proprio di s1
s1 | s2 | ... s1.union(s2, ...) Restituisce l'unione degli insiemi (tutti gli elementi)
s1 & s2 & ... s1.intersection(s2, ...) Restituisce l'intersezione degli insieme (elementi in comune a tutti i set)
s1 - s2 - ... s1.difference(s2, ...) Restituisce la differenza tra gli insiemi (elementi di s1 che non sono negli altri set)
s1 ^ s2 s1.symmetric_difference(s2) Restituisce gli elementi dei due set senza quelli comuni a entrambi
s1 |= s2 | ... s1.update(s2, ...) Aggiunge a s1 gli elementi degli altri insiemi
s1 &= s2 & ... s1.intersection_update(s2, ...) Aggiorna s1 in modo che contenga solo gli elementi comuni a tutti gli insiemi
s1 -= s2 | ... s1.difference_update(s2, ...) Rimuove da s1 tutti gli elementi degli altri insiemi
s1 ^= s2 s1.symmetric_difference_update(s2) Aggiorna s1 in modo che contenga solo gli elementi non comuni ai due insiemi

>>> {1, 2, 3}.isdisjoint({4, 5, 6})  # sono disgiunti, non hanno elementi in comune
True
>>> {1, 2, 3}.isdisjoint({3, 4, 5})  # hanno un elemento in comune (il 3)
False
>>> {2, 4} >= {1, 2, 3, 4}  # il primo è un sottoinsieme del secondo
True
>>> {2, 4} > {1, 2, 3, 4}  # è anche un sottoinsieme proprio
True
>>> {1, 2, 3} >= {1, 2, 3}  # il primo è un sottoinsieme del secondo
True
>>> {1, 2, 3} > {1, 2, 3}  # ma non un sottoinsieme proprio
False
>>> {1, 2, 3} | {2, 3, 4} | {3, 4, 5}  # unione di tutti gli elementi
{1, 2, 3, 4, 5}
>>> {1, 2, 3} & {2, 3, 4} & {3, 4, 5}  # intersezione (elementi comuni)
{3}
>>> {1, 2, 3, 4, 5} - {1, 2} - {2, 3}  # differenza
{4, 5}
>>> {1, 2, 3, 4} ^ {3, 4, 5, 6}  # elementi non comuni
{1, 2, 5, 6}
>>> s1 = {1, 2, 3}
>>> s1 |= {2, 3, 4} | {3, 4, 5}  # aggiunge a s1 gli elementi degli altri 2 set
>>> s1
{1, 2, 3, 4, 5}

Per maggiori informazioni riguardo a set e frozenset, è possibile consultare la documentazione ufficiale sui set.


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