파이썬 집합 자료형 이해하기

 

파이썬에서의 집합 자료형은 우리가 수학 시간에 배운 벤다이어그램과 집합의 개념을 그대로 코드로 옮겨놓은 것이 바로 파이썬의 집합 자료형입니다. 

 

 

 

 

 

집합(Set)이란?

 

집합은 여러 개의 값을 하나의 변수에 모아서 관리할 때 사용하는 파이썬의 기본 자료형 중 하나입니다. 

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1️⃣ 집합 생성

집합은 중괄호를 사용하거나 set() 함수를 이용하여 생성합니다. 데이터의 중복을 허용하지 않고 순서가 없어 인덱싱이 불가능합니다.

 

# 중괄호로 집합 생성
numbers = {1,2,2,3,3,3,4,5}
print(numbers)	# {1, 2, 3, 4, 5}

# set() 메서드로 집합 생성
text_set = set("hello")
print(text_set)	# {'l', 'o', 'e', 'h'}

# 빈 집합 생성
empty_set = set()
print(type(empty_set))	# <class 'set'>

# 잘못된 빈 집합 생성
empty_dict = {}
print(type(empty_dict))	# <class 'dict'>

 

집합을 생성해보면, 순서가 없기 때문에 text_set의 결과가 순서 없이 출력되는걸 확인할 수 있습니다. 그리고 빈 집합을 생성할 때 유의할 점이 있습니다. 일반적으로 중괄호를 사용하면 집합을 생성할 수 있지만, 빈 집합 생성을 중괄호로 진행하면 집합이 아닌 딕셔너리로 인식합니다. 그렇기 때문에 빈 집합을 만들기 위해서는 set() 메서드를 활용합니다.

 

2️⃣ 집합 연산자

 

교집합(Intersection, ∩)

교집합은 두 개 이상의 집합에서 공통으로 속하는 모든 원소들의 집합을 의미합니다. 벤다이어그램으로 표현했을 때 두 원이 서로 겹치는 중앙 영역에 해당합니다.

 

A ∩ B = { ｘ | ｘ ∈ A and ｘ∈ B }

(ｘ는 A의 원소이면서 동시에 B의 원소이어야 한다.)

 

파이썬에서 교집합은 & 연산자 또는 .intersection() 메서드를 사용합니다. 그리고 파이썬 내부적으로는 두 집합 중 원소 수가 더 작은 집합을 기준으로 순회하면서, 다른 쪽 집합에 해당 원소가 존재하는지 해시 테이블 검사를 수행합니다. 

 

set1 = {10,20,30,40,50}
set2 = {30,40,50,60,70}

# & 연산자 사용
result_op = set1 & set2

# 메서드 사용
result_met = set1.intersection(set2)

print("연산자 결과 : ", result_op)	# 연산자 결과 :  {40, 50, 30}
print("메서드 결과 : ", result_met)	# 메서드 결과 :  {40, 50, 30}

# ──────────────────────────────
# 3개 이상의 집합에서 교집합 구하기
# ──────────────────────────────
group_a = {"사과", "바나나", "포도"}
group_b = {"바나나", "포도", "딸기"}
group_c = {"포도", "복숭아", "바나나"}

# 연산자 체이닝 및 다중 인자 메서드 사용
common_all = group_a & group_b & group_c
common_method = group_a.intersection(group_b, group_c)

print("공통 과일 :", common_all)	# 공통 과일 : {'바나나', '포도'}

 

합집합(Union, ∪)

합집합은 두 개 이상의 집합에 속하는 모든 원소들을 하나로 모은 집합입니다. 단, 집합의 특성상 중복된 원소는 단 하나만 남게 됩니다. 벤다이어그램으로 표현했을 때 두 원이 차지하는 전체 면적에 해당합니다.

 

A ∪ B = {ｘ | ｘ ∈ A orｘ ∈ B }

(ｘ는 A의 원소이거나 또는 B의 원소이다.)

 

파이썬에서 합집합은 | 연산자 또는 .union() 메서드를 사용합니다. 그리고 한쪽 집합의 해시 테이블을 복사한 뒤, 다른 쪽 집합의 원소들을 순회하면서 해시 충돌(중복 여부)을 체크하여 새 원소를 삽입합니다.

 

numbers_a = {1,2,3}
numbers_b = {3,4,5}

# | 연산자 사용
union_op = numbers_a | numbers_b

# 메서드 사용
union_method = numbers_a.union(numbers_b)

print("합집합 연산자:", union_op)	# 합집합 연산자: {1, 2, 3, 4, 5}
print("합집합 메서드:", union_method)	# 합집합 메서드: {1, 2, 3, 4, 5}

 

| 연산자는 양쪽 모두 집합이어야 하지만, .union() 메서드는 인자로 리스트나 튜플이 들어와도 자동으로 집합으로 변환하여 합집합을 수행합니다.

 

base_set = {10,20}
data_list = [20,30,40]
data_tuple = (40,50,60)

# 메서드에 리스트, 튜플을 직접 전달
total_union = base_set.union(data_list, data_tuple)

print("다양한 자료형과의 합집합:", total_union)
# 출력 결과: 다양한 자료형과의 합집합: {40, 10, 50, 20, 60, 30}
print(type(total_union))	# <class 'set'>

# 에러가 발생하는 경우
total_x = base_set | data_list | data_tuple
Traceback (most recent call last):
  File "<python-input-7>", line 1, in <module>
    total_x = base_set | data_list | data_tuple
              ~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~
TypeError: unsupported operand type(s) for |: 'set' and 'list'

 

양쪽 모두 집합이 아닌 값으로 | 연산자를 활용하면 에러가 발생합니다. 집합이 아닌 값으로 연산하려면 .union() 메서드를 활용해야 합니다.

 

차집합(Difference, ─ 또는 ＼)

차집합은 기준이 되는 집합에는 속하지만, 차감 대상이 되는 집합에는 속하지 않는 원소들만 남겨둔 집합입니다. 순서가 매우 중요하며, A ─ B와 B ─ A는 서로 다른 결과를 나타냅니다(교환법칙 성립 안함)

 

A ─ B = {ｘ | ｘ ∈ A andｘ ∉ B }

(ｘ는 A의 원소이면서 동시에 B의 원소가 아니어야 한다.)

 

파이썬의 차집합은 ─ 연산자 또는 .difference() 메서드를 사용합니다. 그리고 기준 집합 A의 모든 원소를 복사한 뒤, B에 존재하는 원소가 A에 포함되어 있다면 이를 선별적으로 제거합니다.

 

set_x = {1,2,3,4,5}
set_y = {4,5,6,7,8}

diff1 = set_x - set_y
diff2 = set_y.difference(set_x)

print("set_x - set_y:", diff1)	# set_x - set_y: {1, 2, 3}
print("set_y - set_x:", diff2)	# set_y - set_x: {8, 6, 7}

# ───────────────────────────────────────
# 전체에서 짝수를 빼고, 3의 배수도 뺀 결과
# ───────────────────────────────────────
total = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}
events = {2,4,6,8,10}
multiples_of_three = {3,6,9}

result = total - events - multiples_of_three
print("짝수와 3의 배수가 모두 제외된 원소:", result)
# 출력 결과 : 짝수와 3의 배수가 모두 제외된 원소: {1, 5, 7}

 

3️⃣ 집합 관련 함수

 

집합은 중복을 허용하지 않고 순서가 없는 유용한 자료형입니다. 생성된 집합은 가변(Mutable) 객체이기 때문에, 데이터를 만든 이후에도 새로운 요소를 추가하거나 기존 요소를 삭제하며 자유롭게 관리할 수 있습니다.

 

요소 추가(add, update)

집합에 새로운 원소를 넣고 싶을 때 사용하는 메서드입니다. 단일 원소를 넣을 때와 여러 원소를 한 번에 넣을 때 사용하는 메서드가 구분됩니다.

 

- add() 메서드

집합에 단 하나의 요소를 추가합니다. 이미 존재해 있는 원소를 추가하려고 하면 중복을 허용하지 않는 집합의 특성상 변화 없이 무시됩니다. 

 

# 단일 숫자 요소 추가
numbers = {1,2,3}

numbers.add(4)
print("add(4) 결과:", numbers)	# add(4) 결과: {1, 2, 3, 4}

numbers.add(2)
print("add(2) 재시도 결과:", numbers)	# add(2) 재시도 결과: {1, 2, 3, 4}

#문자열 요소 추가
language = {"Python", "Java"}

language.add("C++")
print("언어 목록:", language)	# 언어 목록: {'Java', 'Python', 'C++'}

# 설문조사 응답자 중복 방지 등록
respondents = {"user_a", "user_b"}

# 신규 응답자 제출
new_respondent = "user_c"

if new_respondent not in respondents:
	respondents.add(new_respondent)
    print(f"{new_respondent}님의 응답이 성공적으로 등록되었습니다.")
else:
	print("이미 응답한 사용자입니다.")
    
# 출력 결과 : user_c님의 응답이 성공적으로 등록되었습니다.

 

- update() 메서드

리스트, 튜플, 다른 집합 등 반복 가능한 객체의 여러 요소를 한 번에 기존 집합에 병합하여 추가합니다.

 

my_set = {1,2}

# 리스트 형태로 전달하여 여러 값 일괄 추가
my_set.update([3,4,5])
print("update 결과:", my_set)	# update 결과: {1, 2, 3, 4, 5}

letters = {"a", "b"}

# 튜플 전달
letters.update(("c","d"))
print("update 후:", letters)	# update 후: {'c', 'b', 'd', 'a'}
print(type(letters))	# <class 'set'>

 

요소 삭제(remove, discard, pop, clear)

집합에서 특정 원소를 제거하거나 전체를 비울 때 상황에 맞춰 적절한 삭제 메서들르 골라 사용하는 것이 중요합니다.

 

- remove() 메서드

집합에서 특정 원소를 지정하여 삭제합니다. 만약 삭제하려는 원소가 집합에 존재하지 않는 경우 keyError 예외가 발생합니다.

 

colors = {"red", "green", "blue"}

colors.remove("green")
print("삭제 후 집합:", colors)	# 삭제 후 집합: {'blue', 'red'}

try:
	colors.remove("yello")
except KeyError as e:
	print(f"KeyError 발생: {e} 원소를 찾을 수 없습니다.")
    
# 출력 결과 : KeyError 발생: 'yello' 원소를 찾을 수 없습니다.

 

- discard() 메서드 (에러 무시)

집합에서 특정 원소를 지정하여 삭제합니다. remove() 메서드와 달리 삭제하려는 원소가 집합에 존재하지 않더라도 에러를 발생시키지 않고 안전하게 통과합니다.

 

fruits = {"apple", "banana"}

# 존재하는 원소 삭제
fruits.discard("apple")

# 존재하지 않는 원소 삭제 시도 (오류 없이 정상 진행)
fruits.discard("orange")

print("discard 실행 후:", fruits)	# discard 실행 후: {'banana'}

 

- pop() 메서드

집합은 순서가 없으므로 특정 위치가 아닌 임의의(무작위) 원소 하나를 꺼내어 반환하고 집합에서 제거합니다. 빈 집합에 pop()을 실행하면 KeyError가 발생합니다.

 

numbers = {10,20,30}

# 임의의 요소 반환 및 삭제
removed_val = numbers.pop()

print("꺼낸 원소:", removed_val)	# 꺼낸 원소: 10
print("남은 집합:", numbers)	# 남은 집합: {20, 30}

# 빈 집합 예외 처리
# 빈 집합에서는 pop을 실행할 수 없습니다.
empty_set = set()

try:
	empty_set.pop()
except KeyError:
	print("빈 집합에서는 pop()을 수행할 수 없습니다.")
# 출력 결과 : 빈 집합에서는 pop()을 수행할 수 없습니다.

# 작업 큐(Task Queue) 비동기 소진
tasks = {"task_a","task_b","task_c"}

# 모든 작업이 완료될 때까지 임의로 꺼내어 처리
while tasks:
	current_task = tasks.pop()
    print(f"[{current_task}] 작업 처리 중...")
    
# 출력 결과 : [task_c] 작업 처리 중...
# 출력 결과 : [task_b] 작업 처리 중...
# 출력 결과 : [task_a] 작업 처리 중...
    
print("모든 작업 완료!!")

 

- clear() 메서드

집합 내부의 모든 원소를 일괄 삭제하여 빈 집합(set()) 상태로 만듭니다.

 

data = {1,2,3,4,5}

# 전체 요소 초기화
data.clear()

print("clear() 호출 후:", data)	# clear() 호출 후: set()
print("집합 크기:", len(data))	# 집합 크기: 0

 

 

 

 

 

@Junesker

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