Pythonのset()とfrozenset(): 集合と不変集合の理解と活用

Pythonには、集合（set）と不変集合（frozenset）という2つのデータ型があります。これらは重複を許さず、順序がない要素のコレクションを表現するためのもので、特に集合演算や重複の排除に優れています。この記事では、set()とfrozenset()について、それぞれの基本的な特性や具体的な活用方法について解説します。

はじめに

Pythonのsetは、数学における集合と同様に、重複する要素を持たず、順序がない可変のデータ型です。一方で、frozensetは不変の集合で、変更できない特性があります。

set()の基本的な使い方

集合の作成

# setの作成
fruits = {"apple", "banana", "orange"}

# 空のsetの作成
empty_set = set()

# リストからsetを作成
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
set_from_list = set(numbers)

要素の追加と削除

# 要素の追加
fruits.add("grape")

# 要素の削除
fruits.remove("banana")

集合演算

set1 = {1, 2, 3, 4, 5}
set2 = {3, 4, 5, 6, 7}

# 和集合
union_set = set1 | set2

# 積集合
intersection_set = set1 & set2

# 差集合
difference_set = set1 - set2

frozenset()の特徴と使いどころ

frozensetは不変（immutable）な集合であり、要素を追加・削除できません。そのため、辞書のキーとして使用できます。

不変性の確認

frozen_numbers = frozenset([1, 2, 3, 4, 5])

# 要素の追加は不可
# frozen_numbers.add(6)  # エラー

辞書のキーとしての利用

# frozensetを辞書のキーとして使用
state_population = {frozenset(["New York", "New Jersey"]): 20000000, frozenset(["California", "Nevada"]): 30000000}

set()とfrozenset()の選択基準

set()は可変で、要素の追加・削除が可能。集合演算を活用する際や可変なデータが必要な場合に適しています。
frozenset()は不変で、辞書のキーとして使用できるなどの特長があります。変更されてはいけないデータや、辞書のキーとして使用する場合に適しています。

まとめ

set()とfrozenset()は、重複を許さず、順序がない集合を表現するためのデータ型です。set()は可変であり、集合演算などを柔軟に行えます。一方で、frozenset()は不変であり、変更が許されない場面で活用できます。どちらを選択するかは、具体的なユースケースや要件によります。しっかりと使い分けて、効果的に集合を操作しましょう。