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Python 如何让 set 交集运算 (&) 比循环判断 in 快很多

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-23 20:27:40

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来源于php中文网

原创

set交集比in循环快,根本原因是set的&运算基于哈希表,平均O(min(m,n));而list/tuple的in每次O(n),嵌套成O(m×n)。必须两边都是set才触发C层哈希优化,否则回退慢路径。

python 如何让 set 交集运算 (&) 比循环判断 in 快很多

为什么 set 交集比 in 循环快?

根本原因是底层实现差异:set& 运算基于哈希表,平均时间复杂度 O(min(len(a), len(b)));而循环中对 list 或 tuple 做 in 判断,每次都是 O(n) 线性扫描,嵌套下来容易变成 O(m×n)。

比如判断 1 万个元素是否在另一个含 5 万个元素的容器里:用 listin 平均要查 2.5 亿次;换成 set 后,哈希查找单次接近 O(1),总开销压到几万次量级。

必须把待查容器转成 set 才有效

常见误区是只把一个操作数转为 set,另一个还留着是 listtuple,结果调用的仍是慢路径。Python 的 & 是对称运算,但只有两边都是 set 实例时,才触发 C 层优化的哈希交集算法。

  • ✅ 正确:set_a & set_b(两者都是 set
  • ❌ 无效:set_a & list_b 会触发 list.__and__,通常返回 NotImplemented,再回退到慢速循环模拟
  • ⚠️ 隐患:set_a & some_iterablesome_iterable 若不是 set,可能被强制转成 set 再计算——这步本身就有开销,且不可控

实际写法:别手写循环,优先用 set 操作

遇到“找出两个集合共有的元素”这类需求,直接用 &,别下意识写 for x in a: if x in b: ...。哪怕 b 原本是 list,也应提前转一次 set 复用:

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# 慢:每次循环都线性扫 list_b
common = [x for x in list_a if x in list_b]

快:转一次,后面所有查找都摊薄成本

set_b = set(list_b) common = list(set_a & set_b) # 或直接用 set_a & set_b

注意:如果 list_b 只用一次,且长度小(set 的初始化开销可能反超;但只要复用 ≥2 次,或长度 >1k,几乎一定更快。

小心 set 的限制和隐式开销

set 要求元素可哈希,遇到 dictlist 这类不可哈希类型会直接报 TypeError: unhashable type;另外,set 会去重、无序,若业务依赖顺序或允许重复,不能直接替代。

  • 不可哈希?先用 tuple 包装 list 元素,或改用 frozenset 存嵌套结构
  • 需要保持顺序?用 dict.fromkeys(...).keys() 模拟有序去重,再做交集逻辑
  • 内存敏感?set 比同尺寸 list 占更多内存(哈希表负载因子 + 指针开销),大数据量需权衡

真正快的前提是:数据适合哈希、你愿意为速度牺牲一点点内存和约束条件。

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