Множества и словари в Python

Создание и изменение множества

Запустите в терминале Python в интерпретируемом режиме и проработайте примеры ниже.

Пустое множество создаётся с помощью функции set

>>> A = set()
>>> type(A)
<class 'set'>
>>> len(A)
0
>>> A
set()

Обратите внимание, что размер множества множества можно получить с помощью функции len.

Добавим несколько элементов

>>> A.add(1)
>>> A
{1}
>>> A.add(2)
>>> A
{1, 2}
>>> A.add(2)
>>> A
{1, 2}

Заметьте, что повторное добавление не имеет никакого эффекта на множество.

Также, из вывода видно, что литералом множества являются фигурные скобки {}, в которых через запятую указаны элементы. Так, ещё один способ создать непустое множество - воспользоваться литералом

>>> B = {1, 2}
>>> B
{1, 2}

При попытке добавления изменяемого объекта возникнет ошибка

>>> B.add([3,4,5])
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unhashable type: 'list'

Здесь произошла попытка добавить массив в множество B.

У операции добавления set.add существует обратная - операция удаления set.remove

>>> B
{1, 2}
>>> B.remove(1)
>>> B
{2}
>>> B.remove(3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 3

При попытке удаления элемента, не входящего в множество, возникает ошибка KeyError.

Чтобы проверить вхождение элемента в множество использовать оператор in

>>> B = {1,2}
>>> B
{1, 2}
>>> 3 in B
False

Кроме того, существует метод set.discard, который удаляет элемент из множества, только в том случае, если этот элемент присутствовал в нём.

Математические операции

Множества Python поддерживают привычные математические операции

>>> A = {1, 2, 3}
>>> B = {1, 2, 3}
>>> A == B
True
>>> B.add(4)
>>> A
{1, 2, 3}
>>> B
{1, 2, 3, 4}
>>> A == B
False

>>> A
{1, 2, 3}
>>> B
{1, 2, 3, 4}
>>> A.issubset(B)
True
>>> B.issubset(A)
False
>>> A.issubset(A)
True

>>> A
{1, 2, 3}
>>> B
{1, 2, 3, 4}
>>> A.issuperset(B)
False
>>> B.issuperset(A)
True
>>> B.issuperset(B)
True

>>> A = {1, 2, 4}
>>> B = {1, 2, 3}
>>> A.union(B)  # union - объединение множеств
{1, 2, 3, 4}
>>> A.intersection(B)  # intersection - пересечение
{1, 2}
>>> A.difference(B)  # difference - разность множеств
{4}
>>> B.difference(A)
{3}
>>> A.symmetric_difference(B)  # symmetric_difference - симметрическая разность
{3, 4}
>>> B.symmetric_difference(A)
{3, 4}

Сводная таблица по множествам (cheatsheet)

Обозначения

• elem - Python-объект

• A - множество set

• B, C,..

  1. В случае использования в методах A.method_name(B, C,..): B, C,.. являются любыми итерируемыми объектами. Методы допускают такие аргументы, например, {-1}.union(range(2)) == {-1, 0, 1} вернёт True.

  2. В случае использования c операторами, например, A > B или A & B & C & ...: B, C,.. являются множествами. Дело в том, что эти операторы определены для операндов типа set (и также frozenset, о которых речь позже).

Кроме того, у операций, порождающих новые множества, существует inplace варианты. Для методов это те же названия, только с префиксом _update, а для соответствующих операторов добавляется знак равенства =. Ниже показан вариант для операции разности множеств

>>> A = {1, 2, 3, 4}
>>> B = {2, 4}
>>> A.difference_update(B)
>>> A
{1, 3}
>>> A = {1, 2, 3, 4}
>>> B = {2, 4}
>>> A -= B
>>> A
{1, 3}

Неизменяемые множества

В Python существует неизменяемая версия множества - frozenset. Этот тип объектов поддерживает все операции обычного множества set, за исключением тех, которые его меняют.

Неизменяемые множества являются хешируемыми объектами, поэтому они могут быть элементами множества set. Так можно реализовать, например, множество множеств, где множество set состоит из множеств типа frozenset.

Для создания frozenset используется функция frozenset(iterable), в качестве аргумента принимающая итерирумый объект.

>>> FS = frozenset({1, 2, 3})
>>> FS
frozenset({1, 2, 3})
>>> A = {1, 2, 4}
>>> FS & A
frozenset({1, 2})
>>> A & FS
{1, 2}

В этом примере показано создание frozenset из обычного множества {1, 2, 3}. Обратите внимание на тип возвращаемого объекта для операции пересечения &. Возвращаемый объект имеет тип, соответствующий типу первого аргумента. Такое же поведение будет и с другими операциями над множествами.

Создание и изменение словаря

Пустой словарь можно создать двумя способами:

>>> d1 = dict()
>>> d2 = {}
>>> d1
{}
>>> d2
{}
>>> type(d1)
<class 'dict'>
>>> type(d2)
<class 'dict'>

Добавить элемент в словарь можно с помощью квадратных скобок:

>>> domains = {}
>>> domains['ru'] = 'Russia'
>>> domains['com'] = 'commercial'
>>> domains['org'] = 'organizations'
>>> domains
{'ru': 'Russia', 'com': 'commercial', 'org': 'organizations'}

Из этого примера видно, что литералом словаря являются квадратные скобки, в которых через запятую перечислены пары в формате ключ:значение. Например, словарь domains можно было создать так domains = {'ru': 'Russia', 'com': 'commercial', 'org': 'organizations'}.

Доступ к элементу осуществляется по ключу:

>>> domains['com']
'commercial'
>>> domains['de']
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'de'

Удалить элемент можно с помощью оператора del. Если ключа в словаре нет, произойдет ошибка KeyError

>>> domains
{'ru': 'Russia', 'com': 'commercial', 'org': 'organizations'}
>>> del domains['de']
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'de'
>>> del domains['ru']
>>> domains
{'com': 'commercial', 'org': 'organizations'}

Кроме того, для добавления, получения и удаления элементов есть методы dict.setdefault, dict.get, dict.pop, которые задействует дополнительный аргумент на случай, если ключа в словаре нет

>>> d1 = {}
>>> d1.setdefault('a', 10)
10
>>> d1.setdefault('b', 20)
20
>>> d1
{'a': 10, 'b': 20}
>>> d1.setdefault('c')
>>> d1
{'a': 10, 'b': 20, 'c': None}
>>> d1.setdefault('a', 123)
10
>>> d1
{'a': 10, 'b': 20, 'c': None}
>>> d1.get('a')
10
>>> d1.get('d')  # вернул None
>>> d1.get('d', 'NoKey')
'NoKey'
>>> d1.pop('d')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'd'
>>> d1.pop('d', 255)
255
>>> d1
{'a': 10, 'b': 20, 'c': None}
>>> d1.pop('a', 255)
10
>>> d1
{'b': 20, 'c': None}

>>> d = {0: 10}
>>> d
{0: 10}
>>> d[0] = 22
>>> d
{0: 22}
>>> d[0.0] = 33
>>> d
{0: 33}
>>> 0.0 != 0
False

Использование DictView: циклы и множественные операции

Если попробовать пройтись в цикле по словарю, то это будет проход по ключам

>>> d = {'a': 10, 'c': 30, 'b': 20}
>>> for k in d:
...     print(k)
...
a
c
b

Зачастую необходимо пройтись в цикле по ключам, значениям или парам ключ:значение, содержащиеся в словаре. Для этого существуют методы dict.keys(), dict.values(), dict.items(). Они возвращают специальные DictView объекты, которые можно использовать в циклах:

>>> d = {'a': 10, 'c': 30, 'b': 20}
>>> for k in d.keys():
...     print(k)
...
a
c
b
>>> for v in d.values():
...     print(v)
...
10
30
20
>>> for k, v in d.items():
...     print(k, v)
...
a 10
c 30
b 20

Объекты DictView, содержащие только ключи, ведут себя подобно множествам. Кроме того, если DictView объекты для значений или пар содержат неизменяемые объекты, тогда они тоже ведут себя подобно множествам. Это означает, что привычные для множеств операции пересечения, вхождения и другие также работают с DictView.

>>> d
{'a': 10, 'c': 30, 'b': 20}
>>> dkeys = d.keys()
>>> 'abc' in dkeys
False
>>> 'c' in dkeys
True
>>> {'a', 'b', 'c'} == dkeys
True
>>> dkeys & {'b', 'c', 'd'}
{'b', 'c'}

Словарь с упорядоченными ключами OrderedDict

Если внимательно просмотреть примеры на циклы выше, то видно, что порядок итерирования в циклах совпадает с порядком добавления элементов в словарь.

Однако, такое поведение у стандартных словарей dict гарантируется, начиная с версии 3.7 (лабораторные примеры были сделаны из-под версии 3.7.4). Узнать свою версию Python можно, например, из терминала python3 --version или зайдя в интерпретируемый режим (версия будет написана сверху).

Если для вашей программы важно упорядочивание элементов, но вы не знаете, какой версии интерпретатор будет исполнять ваш скрипт, то вам нужно воспользоваться упорядоченной версией словарей OrderedDict.

Она находится в библиотеке collections.

Упорядоченный словарь поддерживает все операции, что и обычный словарь.

>>> import collections
>>> od = collections.OrderedDict()
>>> od
OrderedDict()
>>> od['a'] = 10
>>> od['c'] = 30
>>> od['b'] = 20
>>> od
OrderedDict([('a', 10), ('c', 30), ('b', 20)])

Студенты

Вам даны три списка (list или set) студентов.

1. learners_french - изучающие французский язык
2. pianists - владеющие игрой на фортепиано
3. swimmers - занимающиеся плаванием

Создайте программу, вычисляющую список пловцов-пианистов, не изучающих французский.

Уникальные числа

Вам даны два списка (list) чисел. Подсчитайте количество уникальных в каждом по отдельности, и количество уникальных среди обоих списков.

Уже встречался!

Создайте программу, которая считывает поток чисел с клавиатуры (ввели число, нажали Enter, вводят следующее...). При этом при введении нового числа программа должна сообщать, встречалось ли оно раньше.

Голосование

У каждого первокрусника спросили: "Какой ваш любимый фильм?". Ответы записали. Необходимо вывести рейтинг фильмов с количеством голосов за каждый в порядке убывания.

Частотный анализ слов в тексте

Напишите программу, подсчитывающую количество каждого слова в тексте. В тексте присутствует пунктуация. Слова с заглавной и строчной буквы не различать. Итоговый список слов и их количества в тексте выводить в порядке убывания по количеству.

Генеалогическое древо

Заведите словарь d, в котором ключ - имя человека, а значение - список родителей. Напишите функции, которые по имени человека name сообщают о его родственниках.

Вот список функций для реализации

• parents(d, name) - возвращает список родителей
• grandparents(d, name) - возвращает список бабушек и дедушек
• sibling(d, name) - возвращает список родных братьев и сестёр
• children(d, name) - возвращает список детей
• grandchildren(d, name) - возвращает список внуков и внучек