【java数据结构】HashMap和HashSet

一.认识哈希表：

1.1什么是哈希表？

1.2哈希表的表示：

1.3常见哈希函数：

二.认识HashMap和HashSet:

2.1关于Map.Entry的说明:,>

2.2Map常用方法说明：

2.3HashMap的使用案例：

2.4Set常见方法说明：

2.5HashSet使用案例：

源码：

一.认识哈希表：

1.1什么是哈希表？

之前的学习中，如果我们要查找一个元素，肯定是要经过比较的，那有没有一种办法，可以不用经过比较，直接就能拿到呢？

如果我们能构造一种存储结构，通过一种函数 (hashFunc) 使元素的存储位置与函数得出的关键码之间能够建立一一映射的关系，那么在查找某个元素的时候，就能通过这个函数来很快的找到该元素所在的位置。

这种函数就叫做哈希(散列)函数，上述所说构造出来的结构，叫做哈希表或者称为散列表。

哈希表简介：

哈希表（Hash Table）：也叫做散列表。是根据关键码值（Key Value）直接进行访问的数据结构。哈希表通过「键 key 」和「映射函数 Hash(key) 」计算出对应的「值 value」，把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做「哈希函数（散列函数）」，存放记录的数组叫做「哈希表（散列表）」。

1.2哈希表的表示：

举个栗子：为了记录一个班的学生的信息，分别包括学号和姓名。我们就可以用哈希表（数组加链表）来记录，这里学号(关键值key)通过哈希函数得到一个数组下标，这个下标就是这个学生信息存放在对应数组中的位置，同时学生的信息（姓名和学号）叫做键值对，又称作Entry

使用方法：

向哈希表中插入一个关键码值：哈希函数决定该关键字的对应值应该存放到表中的哪个区块，并将对应值存放到该区块中。
在哈希表中搜索一个关键码值：使用相同的哈希函数从哈希表中查找对应的区块，并在特定的区块搜索该关键字对应的值。
实现哈希表：数组+链表或者数组+二叉树

1.3常见哈希函数：

直接定值法--（常用）：取关键字的某个线性函数为散列地址：Hash（Key）= A*Key + B 优点：简单、均匀缺点：需要事先知道关 键字的分布情况使用场景：适合查找比较小且连续的情况
. 除留余数法--(常用) ：
设散列表中允许的 地址数为 m ，取一个不大于 m ，但最接近或者等于 m 的质数 p 作为除数，按照哈希函数： Hash(key) = key% p(p<=m), 将关键码转换成哈希地址

例如：

二.认识HashMap和HashSet:

HashMap和HashSet是Java集合框架中的两个常用类，它们都实现了Set接口，但在实现原理和用途上有一些区别。

HashMap:HashMap是基于哈希表的实现，它使用键值对（key-value）的方式存储数据。HashMap允许存储null键和null值，并且可以存储重复的值，但不允许重复的键。HashMap内部使用哈希函数将键映射到哈希表的索引位置，以实现快速的插入、删除和查找操作。HashMap的查找操作是通过键来进行的，因此可以根据键快速地获取对应的值。
HashSet:HashSet也是基于哈希表的实现，它存储唯一的元素，不允许重复值。HashSet允许存储null值，但只能存储一个null元素。HashSet内部使用哈希函数将元素映射到哈希表的索引位置，以实现快速的插入、删除和查找操作。HashSet的查找操作是通过元素来进行的，因此可以根据元素快速地判断是否存在于集合中。

2.1关于Map.Entry<K, V>的说明:

Map.Entry<K, V> 是 Map 内部实现的用来存放 <key, value> 键值对映射关系的内部类 ，该内部类中主要提供了 <key, value>的获取， value 的设置以及 Key 的比较方式。

方法	解释
K getKey ()	返回 entry 中的 key
V getValue ()	返回 entry 中的 value
V setValue(V value)	将键值对中的 value 替换为指定 value

注意： Map.Entry<K,V> 并没有提供设置 Key 的方法

2.2Map常用方法说明：

2.3HashMap的使用案例：

基础操作：

Map<String, String> m = new HashMap<>();
        // put(key, value):插入key-value的键值对
        // 如果key不存在，会将key-value的键值对插入到map中,返回null
        m.put("林冲", "豹子头");
        m.put("鲁智深", "花和尚");
        m.put("武松", "行者");
        m.put("宋江", "及时雨");
        String str = m.put("李逵", "黑旋风");
        m.remove("武松","行者");

        System.out.println("map的大小（size）：" + m.size());
        System.out.println("map中的元素：" + m);

        System.out.println("这时str为空： " + str);// put(key,value): 注意key不能为空，但是value可以为空
        m.put("无名", null);      // key如果为空，会抛出空指针异常
        System.out.println("当前map的大小： " + m.size());

        str = m.put("李逵", "铁牛");
        System.out.println("返回旧的value值： " + str);
        System.out.println("得到Key所对应的value值: " + m.get("李逵"));

运行结果：

GetOrDefault()和containKey(key)：

//GetOrDefault(): 如果key存在，返回与key所对应的value，如果key不存在，返回一个默认值
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println("李逵存在，返回key对应的value： " + m.getOrDefault("李逵", "牛牛"));
        System.out.println("史进不存在，返回一个默认值： " + m.getOrDefault("史进", "九龙纹"));
        System.out.println("=========================================");
        //containKey(key)：检测key是否包含在Map中，时间复杂度：O(logN)
        System.out.println(m.containsValue("豹子头"));
        System.out.println(m.containsValue("行者"));

运行结果：

三种遍历方法：

System.out.println("-----key ------value -----Entry的遍历方法：----------");
        System.out.println("key遍历:  ");
        for (String s : m.keySet()) {
            System.out.print(s + " ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("value遍历:  ");
        for (String s : m.values()) {
            System.out.print(s + " ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("entry遍历: ");
        for (Map.Entry<String, String> entry : m.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
        }

运行结果：

注意：

1. Map 是一个接口，不能直接实例化对象 ，如果 要实例化对象只能实例化其实现类 TreeMap 或者 HashMap

2. Map 中存放键值对的 Key 是唯一的， value 是可以重复的

3. Map 中的 Key 可以全部分离出来，存储到 Set 中来进行访问 ( 因为 Key 不能重复 ) 。

4. Map 中的 value 可以全部分离出来，存储在 Collection 的任何一个子集合中 (value 可能有重复 ) 。

5. Map 中键值对的 Key 不能直接修改， value 可以修改，如果要修改 key ，只能先将该 key 删除掉，然后再来进行重新插入。

2.4Set常见方法说明：

方法	解释
boolean add (E e)	添加元素，但重复元素不会被添加成功
void clear ()	清空集合
boolean contains (Object o)	判断 o 是否在集合中
Iterator<E> iterator ()	返回迭代器
boolean remove (Object o)	删除集合中的 o
int size()	返回set中元素的个数
boolean isEmpty()	检测 set 是否为空，空返回 true ，否则返回 false
Object[] toArray()	将 set 中的元素转换为数组返回
boolean containsAll(Collection<?> c)	集合 c 中的元素是否在 set 中全部存在，是返回 true ，否则返回 false
boolean addAll(Collection<? extends E> c)	将集合 c 中的元素添加到 set 中，可以达到去重的效果

2.5HashSet使用案例：

System.out.println("================HashSet===============");
        Set<String> s = new HashSet<>();
        boolean isIn = s.add("apple");
        s.add("orange");
        s.add("peach");
        s.add("banana");
        System.out.println(s.size());
        System.out.println(s);
        System.out.println("add(key): 如果key不存在，则插入，返回true: " + isIn);
        isIn = s.add("apple");
        System.out.println("add(key):如果key存在，则返回false: " + isIn);
        // contains(key): 如果key存在，返回true，否则返回false
        System.out.println(s.contains("apple"));
        System.out.println(s.contains("watermelen"));
        s.remove("apple");// remove(key): key存在，删除成功返回true
        System.out.println(s);// key不存在，删除失败返回false , key为空，
        System.out.println("迭代器遍历：");
        Iterator<String> it = s.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.print(it.next() + " ");
        }

运行结果：

注意：

1. Set 是继承自Collection的一个接口类

2. Set 中只存储了 key ，并且要求 key 一定要唯一

3. Set 的底层是使用 Map 来实现的，其使用 key 与 Object 的一个默认对象作为键值对插入到 Map 中的

4. 实现 Set 接口的常用类有 TreeSet 和 HashSet ，还有一个 LinkedHashSet ， LinkedHashSet 是在 HashSet 的基础上维护了一个双向链表来记录元素的插入次序。

5. Set 中的Key不能修改，如果要修改，先将原来的删除掉，然后再重新插入

6. Set 中不能插入null的key

源码：

import java.util.TreeMap;
import java.util.Set;
import java.util.Map;

public class Test1 {

    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> m = new HashMap<>();
        // put(key, value):插入key-value的键值对
        // 如果key不存在，会将key-value的键值对插入到map中,返回null
        m.put("林冲", "豹子头");
        m.put("鲁智深", "花和尚");
        m.put("武松", "行者");
        m.put("宋江", "及时雨");
        String str = m.put("李逵", "黑旋风");
        m.remove("武松","行者");

        System.out.println("map的大小（size）：" + m.size());
        System.out.println("map中的元素：" + m);

        System.out.println("这时str为空： " + str);// put(key,value): 注意key不能为空，但是value可以为空
        m.put("无名", null);      // key如果为空，会抛出空指针异常
        System.out.println("当前map的大小： " + m.size());

        str = m.put("李逵", "铁牛");
        System.out.println("返回旧的value值： " + str);
        System.out.println("得到Key所对应的value值: " + m.get("李逵"));
        //GetOrDefault(): 如果key存在，返回与key所对应的value，如果key不存在，返回一个默认值
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println("李逵存在，返回key对应的value： " + m.getOrDefault("李逵", "牛牛"));
        System.out.println("史进不存在，返回一个默认值： " + m.getOrDefault("史进", "九龙纹"));
        System.out.println("=========================================");
        //containKey(key)：检测key是否包含在Map中，时间复杂度：O(logN)
        System.out.println(m.containsValue("豹子头"));
        System.out.println(m.containsValue("行者"));

        System.out.println("-----key ------value -----Entry的遍历方法：----------");
        System.out.println("key遍历:  ");
        for (String s : m.keySet()) {
            System.out.print(s + " ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("value遍历:  ");
        for (String s : m.values()) {
            System.out.print(s + " ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("entry遍历: ");
        for (Map.Entry<String, String> entry : m.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
        }

        System.out.println("================HashSet===============");
        Set<String> s = new HashSet<>();
        boolean isIn = s.add("apple");
        s.add("orange");
        s.add("peach");
        s.add("banana");
        System.out.println(s.size());
        System.out.println(s);
        System.out.println("add(key): 如果key不存在，则插入，返回true: " + isIn);
        isIn = s.add("apple");
        System.out.println("add(key):如果key存在，则返回false: " + isIn);
        // contains(key): 如果key存在，返回true，否则返回false
        System.out.println(s.contains("apple"));
        System.out.println(s.contains("watermelen"));
        s.remove("apple");// remove(key): key存在，删除成功返回true
        System.out.println(s);// key不存在，删除失败返回false , key为空，
        System.out.println("迭代器遍历：");
        Iterator<String> it = s.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.print(it.next() + " ");
        }
    }
}

结语： 写博客不仅仅是为了分享学习经历，同时这也有利于我巩固自己的知识点，总结该知识点，由于作者水平有限，对文章有任何问题的还请指出，接受大家的批评，让我改进。同时也希望读者们不吝啬你们的点赞+收藏+关注，你们的鼓励是我创作的最大动力！