Python中的集合（Set）是一种基于哈希表的数据结构，它提供了许多有用的特性与操作。然而，对于新手和甚至是一些有经验的开发者来说，集合的内部工作原理以及它们的行为特性（如有序性）经常会引起疑惑。本文专注于解析Python集合的有序性，为你提供一个清晰和详细的视角。
集合（Set）基础
在Python中，集合是一个无序的不重复元素集。基本功能包括关系测试和消除重复元素。集合对象也支持数学运算，如并集、交集、差集和对称差集。
根据Python官方文档，集合是无序集合数据类型，无序即意味着集合中的元素没有固定的顺序。可以这样理解，集合中的元素位置可能在每次程序执行时发生变化，因此不能依赖它们的位置或索引。
Python集合的有序性
所谓的“有序”，指的是数据集合中的元素遵循某种一致的排序规则，这种顺序在不同的操作和迭代中是一致的。数组（列表）和元组是Python中典型的有序容器。然而，对于Python的集合类型，正如之前所述，答案是它们是无序的。
具体来说，Python的set和frozenset不维护元素的插入顺序，也不能依据索引位置访问元素。如果需要有序的集合，应当使用其他数据类型，如列表（list）或有序字典（OrderedDict，从Python 3.7起，普通字典也是有序的）。
Python 3.6之前，dict也是无序的，从3.6开始，它是按照插入顺序来排序。但是，这是一个CPython实现的细节，并不意味着所有Python实现（如PyPy，Jython）都会这么做。
为什么集合是无序的？
集合的构建基于哈希表，它是一个性能优化的存储结构，允许我们以接近常数的时间复杂度（O(1)）来执行添加、查找和删除操作。哈希表是通过对象的哈希值来存取的，是根据这个值直接访问存储位置的方法，这意味着元素的物理存储顺序并不与其值或添加的顺序相对应。
给定一个哈希值，元素被放置到可以直接定位到的地址空间，而不是按照列表那样逐个排列。这种方法导致了元素的位置是基于其哈希值计算出的地址，这可能会在元素添加或删除时发生变化。
实际例子
接下来，通过一个简单的Python代码示例来演示集合的无序性。
my_set = {3, 1, 7, 5}
print("集合顺序:", my_set)
# 添加一个新元素
my_set.add(2)
print("添加元素后的集合顺序:", my_set)
# 移除一个元素
my_set.remove(1)
print("移除元素后的集合顺序:", my_set)
在这个例子中，每次执行程序，输出的集合顺序可能都会不同，尤其是在添加或移除元素后。
如果你需要有序集合
如果你在某些特定情景下确实需要一个有序集合，你可以使用列表list来保持元素的顺序。另外，collections模块中的OrderedDict（从Python 3.7开始，字典dict已经是有序的）和collections模块中的Counter类或者第三方包如sortedcontainers也许能够满足你的需求。这些结构虽然不能提供像集合那样的性能优势，但它们能为元素保持一个一致的顺序。
结论
总结来说，Python的set和frozenset是无序的集合数据类型，它们不保留元素的插入顺序，并且不支持索引。这使得它们在执行关系测试和其他集合操作时非常高效。但是，当你需要遵循特定顺序的数据集时，你必须寻求其他数据结构来实现。