Tổng hợp các hàm xử lý Set trong Python

Set là một trong những cấu trúc dữ liệu rất hữu ích trong Python: nó lưu trữ các phần tử không trùng lặp và không có thứ tự. Nhờ đó set thường dùng để loại bỏ bản sao, kiểm tra thuộc tính (membership) rất nhanh, và thực hiện các phép toán tập hợp (hợp, giao, hiệu) một cách trực tiếp.

Trong bài này mình sẽ đi từ cơ bản đến nâng cao: cách tạo set, thêm/xóa phần tử, các phép toán tập hợp (với cả phương thức và toán tử), các phương thức in-place, hiệu năng/độ phức tạp, frozenset (phiên bản bất biến), những lưu ý hay lỗi thường gặp…

Bảng cheat-sheet — các phương thức và toán tử quan trọng

1. Tạo Set (khởi tạo)

• Cách cơ bản: dùng {} với phần tử hoặc hàm set() cho tập rỗng.
• Quan trọng: {} tạo dict rỗng, do đó để tạo set rỗng phải dùng set().

# Create set from literal
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}

# Create an empty set (note: {} is empty dict)
empty_set = set()

# Create set from iterable (list, tuple, generator)
items_from_list = set([1, 2, 2, 3])  # duplicates removed
print(items_from_list)  # Output: {1, 2, 3}

# Set comprehension (concise & expressive)
squares = {x*x for x in range(6)}  # {0, 1, 4, 9, 16, 25}

# Create set from literal
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}

# Create an empty set (note: {} is empty dict)
empty_set = set()

# Create set from iterable (list, tuple, generator)
items_from_list = set([1, 2, 2, 3])  # duplicates removed
print(items_from_list)  # Output: {1, 2, 3}

# Set comprehension (concise & expressive)
squares = {x*x for x in range(6)}  # {0, 1, 4, 9, 16, 25}

Giải thích: khi chuyển từ iterable -> set, các phần tử trùng sẽ bị loại bỏ. Set comprehension tương tự list comprehension nhưng trả về set.

2. Yêu cầu về phần tử: hashable vs unhashable

• Các phần tử của set phải là hashable (có __hash__ hợp lệ): số, chuỗi, tuple (nếu các phần tử trong tuple cũng hashable).
• Không thể thêm list hoặc dict vì chúng mutable và không hashable.

# Allowed
s = { (1, 2), "hello", 42 }

# Not allowed -> TypeError
# bad = {[1,2], 3}  # list is unhashable

# Allowed
s = { (1, 2), "hello", 42 }

# Not allowed -> TypeError
# bad = {[1,2], 3}  # list is unhashable

Giải thích: set dựa trên hash table nội bộ, nên mọi phần tử cần có giá băm cố định trong suốt vòng đời trong set.

3. Thêm và mở rộng set

• add(x) thêm một phần tử (nếu chưa tồn tại).
• update(iterable) thêm nhiều phần tử từ iterable (list/tuple/set/generator).

fruits = {"apple", "banana"}
fruits.add("orange")        # add single item
fruits.update(["mango", "grape"])  # add multiple

fruits = {"apple", "banana"}
fruits.add("orange")        # add single item
fruits.update(["mango", "grape"])  # add multiple

Lưu ý về hiệu năng: cả add và update trung bình là O(1) cho mỗi phần tử (do hash lookup/insert). Với update, tổng chi phí ~ O(k) với k là số phần tử thêm.

4. Xóa phần tử và xử lý lỗi

• remove(x) — xóa phần tử x, nếu không tồn tại sẽ raise KeyError.
• discard(x) — xóa nếu tồn tại, không raise lỗi nếu không tồn tại.
• pop() — xóa và trả về một phần tử ngẫu nhiên (vì set không có thứ tự).
• clear() — xóa toàn bộ set.

items = {1, 2, 3}
items.discard(4)   # safe even if 4 not present
try:
    items.remove(4)  # will raise KeyError
except KeyError:
    print("4 is not in set")
    
removed = items.pop()   # removes an arbitrary element

items = {1, 2, 3}
items.discard(4)   # safe even if 4 not present
try:
    items.remove(4)  # will raise KeyError
except KeyError:
    print("4 is not in set")
    
removed = items.pop()   # removes an arbitrary element

Best practice: nếu không chắc phần tử có tồn tại hay không, dùng discard() để tránh try/except không cần thiết.

5. Phép toán tập hợp: method vs operator; in-place variants

Python hỗ trợ cả phương thức và toán tử cho các phép toán tập hợp. Quan trọng là phân biệt các thao tác trả về set mới vs thao tác biến đổi trực tiếp set hiện tại.

• Trả về set mới:
  • A.union(B) hoặc A | B
  • A.intersection(B) hoặc A & B
  • A.difference(B) hoặc A - B
  • A.symmetric_difference(B) hoặc A ^ B
• Biến đổi (in-place) set hiện tại:
  • A.update(B) tương đương A |= B
  • A.intersection_update(B) tương đương A &= B
  • A.difference_update(B) tương đương A -= B
  • A.symmetric_difference_update(B) tương đương A ^= B

A = {1,2,3}
B = {3,4,5}

print(A | B)  # {1,2,3,4,5}
print(A & B)  # {3}
print(A - B)  # {1,2}
print(A ^ B)  # {1,2,4,5}

# In-place example
A |= {6,7}    # A is now {1,2,3,6,7}

A = {1,2,3}
B = {3,4,5}

print(A | B)  # {1,2,3,4,5}
print(A & B)  # {3}
print(A - B)  # {1,2}
print(A ^ B)  # {1,2,4,5}

# In-place example
A |= {6,7}    # A is now {1,2,3,6,7}

Giải thích: dùng phương thức trả về mới khi cần giữ nguyên bộ ban đầu; dùng in-place khi muốn cập nhật và tránh tạo bản sao (tiết kiệm bộ nhớ).

6. Kiểm tra quan hệ tập hợp

• issubset / <= : A là tập con của B
• issuperset / >= : A là tập cha của B
• isdisjoint : không có phần tử chung

X = {1,2}
Y = {1,2,3}
print(X.issubset(Y))  # True
print(Y.issuperset(X))# True
print(X.isdisjoint({4,5}))  # True

X = {1,2}
Y = {1,2,3}
print(X.issubset(Y))  # True
print(Y.issuperset(X))# True
print(X.isdisjoint({4,5}))  # True

7. Duyệt (iterate) và unordered property

• Set là iterable, có thể dùng for để duyệt.
• Không dùng index (không support s[0]) vì set không có thứ tự.
• Lưu ý: thứ tự duyệt có thể khác nhau giữa các lần chạy hoặc phiên Python khác nhau.

colors = {"red", "green", "blue"}
for color in colors:
    print(color)  # order is arbitrary

colors = {"red", "green", "blue"}
for color in colors:
    print(color)  # order is arbitrary

Pitfall: không dựa vào thứ tự khi thiết kế logic; nếu cần thứ tự, dùng list hoặc sorted().

8. Chuyển đổi giữa set và các kiểu khác; sao chép

• set() ↔ list() / tuple() để chuyển đổi.
• copy() tạo một shallow copy. Nếu set chứa tuple (immutable), shallow copy đủ; nếu chứa tham chiếu đến cấu trúc mutable trong tuple thì cần chú ý.

lst = [1,2,2,3]
uniq = set(lst)           # deduplicate
back_to_list = list(uniq) # convert back to list

s = {1, (2,3)}
s_copy = s.copy()

lst = [1,2,2,3]
uniq = set(lst)           # deduplicate
back_to_list = list(uniq) # convert back to list

s = {1, (2,3)}
s_copy = s.copy()

Ghi nhớ: s.copy() là shallow copy; các phần tử immutable thì an toàn.

9. frozenset — set bất biến

• frozenset là phiên bản immutable của set. Có thể làm key cho dict hoặc phần tử của set khác (vì nó hashable).
• Tạo: fs = frozenset([1,2,3])
• Không có add/remove vì bất biến.

fs = frozenset([1,2,3])
my_dict = {fs: "value"}  # allowed

fs = frozenset([1,2,3])
my_dict = {fs: "value"}  # allowed

Khi dùng: dùng frozenset khi cần khóa cố định hoặc constant set.

10. Best practices & pitfalls

• Dùng discard thay vì remove nếu không chắc phần tử tồn tại.
• Không dựa vào thứ tự của set; nếu cần order, dùng sorted() hoặc list + kỹ thuật seen.
• Sử dụng frozenset khi cần set làm key dictionary hoặc làm phần tử của set khác.
• Khi làm việc với dữ liệu lớn, cân nhắc bộ nhớ: set có overhead (hash table). Tuy nhiên nếu bạn cần membership test nhanh hay loại bỏ trùng, set thường đáng tiền.
• Tránh đưa các phần tử unhashable (list, dict) vào set — sẽ gây TypeError.

11. Kết luận (phiên bản chuyên nghiệp, súc tích)

Set là công cụ cực kỳ hiệu quả khi ta cần loại bỏ phần tử trùng lặp, kiểm tra thuộc tính nhanh hay thực hiện các phép toán tập hợp. Vì underlying là hash table, set cung cấp membership test và thao tác thêm/xóa với chi phí trung bình rất thấp (O(1)), nên thường là lựa chọn hàng đầu cho các bài toán cần truy vấn nhiều.

Tuy nhiên set cũng có hạn chế: không có thứ tự và chỉ chứa phần tử hashable. Vì vậy trong thiết kế hệ thống ta cần cân nhắc: nếu cần thứ tự hoặc phép truy cập theo index, nên dùng list/tuple; nếu cần key có thể dùng dict; nếu cần key immutable (ví dụ làm hằng số cấu hình), dùng frozenset.

Nắm vững các phương thức (và in-place variants) cùng hiểu rõ độ phức tạp, các lỗi phổ biến (ví dụ remove vs discard), và biết cách kết hợp set với các kỹ thuật khác (set comprehension, trình tự giữ thứ tự khi dedupe) sẽ giúp bạn viết code Python chính xác, hiệu quả và chuyên nghiệp hơn.

12. Tài liệu tham khảo

1. Python Software Foundation. The Python Standard Library: Built-in Types – Set. Python Official Documentation. Truy cập tại: https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#set
2. Real Python. Sets in Python: How to Use Them Effectively. Real Python Tutorial. Truy cập tại: https://realpython.com/python-sets/
3. W3Schools. Python Sets. W3Schools Online Tutorials. Truy cập tại: https://www.w3schools.com/python/python_sets.asp
4. GeeksforGeeks. Python Set – Methods and Operations. GeeksforGeeks Programming Resource. Truy cập tại: https://www.geeksforgeeks.org/python-set-methods/
5. Luciano Ramalho. Fluent Python (2nd Edition). O’Reilly Media, 2022. — Chương 3: Dữ liệu tập hợp và ánh xạ (Sets and Mappings).

📚 Bài viết liên quan

Hướng dẫn kiểm tra nội dung chuỗi trong Python: Từ cơ bản đến nâng cao

Cài đặt Python và các công cụ cần thiết

Sửa phần tử của Array trong Python