📘 جزوه کامل ست‌ها (Sets) در پایتون

🔰 ست (Set) در پایتون چیست؟

در پایتون، ست (Set) یک نوع داده مجموعه‌ای است که مانند یک «کیف محتویات» عمل می‌کند. تفاوت اصلی ست با لیست و تاپل در سه ویژگی کلیدی نهفته است: عناصر یکتا (بدون تکرار)، نامرتب بودن، و تغییرپذیری (اما عناصر داخل ست باید تغییرناپذیر باشند).

• عناصر یکتا (Unique): ست به طور خودکار عناصر تکراری را حذف می‌کند. هر مقدار فقط یک بار می‌تواند در ست وجود داشته باشد.
• نامرتب (Unordered): برخلاف لیست و تاپل، ست ترتیب درج عناصر را حفظ نمی‌کند. پس نمی‌توانید با اندیس به عناصر دسترسی پیدا کنید.
• تغییرپذیر (Mutable): می‌توانید بعد از ایجاد ست، عناصر را اضافه یا حذف کنید، اما خود عناصر باید از نوع داده تغییرناپذیر باشند (عدد، رشته، تاپل).
• عملکرد فوق‌العاده سریع در بررسی عضویت: چک کردن اینکه آیا یک عنصر در ست وجود دارد (عملگر in) بسیار سریع‌تر از لیست است (میانگین O(1) در مقابل O(n)).
• بهینه برای عملیات مجموعه‌ای: اجتماع، اشتراک، تفاضل و تفاضل متقارن.

📦 روش‌های ایجاد ست

ست‌ها را به سه روش اصلی می‌توان ایجاد کرد: استفاده از آکولاد {}، تابع سازنده set() و تبدیل iterableها به ست.

۱. استفاده از آکولاد {}

عناصر را داخل {} قرار داده و با کاما جدا کنید. توجه کنید که آکولادهای خالی یک دیکشنری می‌سازند، نه ست!

a = {1, 2, 3, 4, 5}
b = {'apple', 'banana', 'cherry'}
c = {1, 'hello', 3.14, True}
print(a)
print(b)
print(c)

۲. استفاده از سازنده set()

هر iterable (لیست، تاپل، رشته و ...) را می‌توان به ست تبدیل کرد — تکراری‌ها به طور خودکار حذف می‌شوند.

from_list = set([1, 2, 2, 3, 'apple', 4.5])
from_string = set("GFG")
print(from_list)
print(from_string)

🔍 بررسی عضویت در ست (عملگر in)

از آنجایی که ست‌ها اندیس ندارند، روش اصلی دسترسی به محتوا، استفاده از حلقه‌ها (که بعداً یاد می‌گیرید) یا بررسی وجود یک عنصر خاص با عملگر in است. عملگر in روی ست‌ها بسیار سریع است.

a = {10, 20, 30, 40, 50}
print(20 in a)   # True
print(60 in a)   # False

⚙️ متدهای اصلی ست (add, update, remove, discard, pop, clear)

ست‌ها متدهای متنوعی برای مدیریت عناصر دارند. درک تفاوت remove و discard بسیار مهم است.

a = {10, 20, 30, 40, 50}
a.add(60)
print('add(60):', a)
a.update([70, 80, 90])
print('update:', a)
a.remove(30)
print('remove(30):', a)
a.discard(100)   # بدون خطا حتی اگر 100 نباشد
print('discard(100):', a)
popped = a.pop()
print('pop():', popped, '| set بعد:', a)
a.clear()
print('clear():', a)

🔄 عملیات مجموعه‌ای (union, intersection, difference, symmetric_difference)

ست‌ها برای عملیات ریاضی روی مجموعه‌ها بهینه هستند. این عملیات هم به صورت متد و هم به صورت عملگرهای ریاضی قابل استفاده‌اند.

set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {3, 4, 5, 6}
print('Union (اجتماع):', set1.union(set2), 'یا', set1 | set2)
print('Intersection (اشتراک):', set1.intersection(set2), 'یا', set1 & set2)
print('Difference (تفاضل set1 - set2):', set1.difference(set2), 'یا', set1 - set2)
print('Symmetric Difference (تفاضل متقارن):', set1.symmetric_difference(set2), 'یا', set1 ^ set2)

❄️ frozenset (ست تغییرناپذیر)

frozenset نسخه تغییرناپذیر ست است. پس از ایجاد، نمی‌توان عنصری به آن اضافه یا حذف کرد. مزیت اصلی: چون تغییرناپذیر است، می‌توان از آن به عنوان کلید در دیکشنری استفاده کرد.

fs = frozenset([1, 2, 3, 4, 5])
print(fs, type(fs))
student_scores = {
    frozenset(['math', 'physics']): 85,
    frozenset(['chemistry', 'biology']): 90
}
print(student_scores)

⚖️ مقایسه ست با لیست و تاپل (جدول جامع)

💡 کاربردهای مهم ست در برنامه‌نویسی

• حذف عناصر تکراری از یک لیست: unique = set(original_list) سپس در صورت نیاز برگرداندن به لیست.
• بررسی سریع عضویت: مجموعه بزرگی از کلمات مجاز، آیدی‌های کاربران و ...
• پیدا کردن عناصر مشترک بین دو مجموعه: مثلاً دوست‌های مشترک در شبکه اجتماعی.
• پیدا کردن عناصر منحصر به فرد یک مجموعه نسبت به دیگری: تفاوت بین دو لیست.
• عملیات پایگاه داده ساده روی حافظه: اجتماع، اشتراک و تفاضل داده‌ها.

numbers = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5, 5]
unique = set(numbers)
print('حذف تکراری:', unique)
list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
list2 = [4, 5, 6, 7, 8]
common = set(list1).intersection(list2)
print('عناصر مشترک:', common)

✍️ تمرینات عملی و پروژه

numbers = [1, 2, 2, 3, 4, 4, 4, 5]
unique_list = list(set(numbers))
print(unique_list)

friends_a = {'ali', 'sara', 'reza'}
friends_b = {'sara', 'reza', 'nima'}
print('مشترک:', friends_a & friends_b)
print('فقط در گروه اول:', friends_a - friends_b)
print('همه دوستان:', friends_a | friends_b)

allowed_colors = {'قرمز', 'سبز', 'آبی'}
color = input('رنگ خود را وارد کنید: ')
if color in allowed_colors:
    print('مجاز است')
else:
    print('مجاز نیست')

📌 خلاصه و جمع‌بندی