《Java初阶数据结构》----10.＜Map和Set---TreeSet和TreeMapHashSet和HashMap ＞

news2024/11/17 16:48:55

前言：

大家好，我目前在学习java。我准备利用这个暑假，来复习之前学过的内容，并整理好之前写过的博客进行发布。如果博客中有错误或者没有读懂的地方。热烈欢迎大家在评论区进行讨论！！！

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语言只是工具。

决定你好不好找工作的是你的能力！！！！

学历本科及以上就够用了！！！！！！！！

本篇博客会讲解

Map/Set 及实际实现类 HashMap/TreeMap/HashSet/TreeSet 的使用

HashMap 和 HashSet 背后的数据结构哈希表的原理和简单实现

我们在回顾一下在JavaSE最后一篇说的集合类这个图。今天我们要详细讲的就是

TreeSet和TreeMap还有HashSet和HashMap

TreeSet和TreeMap其底层是一个红黑树。而红黑树的本质其实就是一颗特殊的二叉搜索树。

一、二叉搜索树（二叉排序树）

二叉搜索树又称二叉排序树，它或者是一棵空树，或者是具有以下性质的二叉树:

若它的左子树不为空，则左子树上所有节点的值都小于根节点的值
若它的右子树不为空，则右子树上所有节点的值都大于根节点的值
它的左右子树也分别为二叉搜索树

图示：

当我们对二叉搜索树进行中序遍历的时候。

我们发现此时是有序的，中序（左根右）遍历结果。

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

如上就是一颗二叉搜索树。

1.1二叉搜索树的查找

    public boolean search(int val){
        TreeNode cur = root;
        while (cur != null){
            if(val < cur.val){
                cur = cur.left;
            } else if (val > cur.val) {
                cur = cur.right;
            }else {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

定义一个当前节点等于root。在cur不为null的情况下。

①如果要找的值小于于根节点。那么就进入左节点再去查找。

②如果要找的值大于根节点。那么就进入右节点再去查找。

找的值等于当前节点的值返回true。

如果当cur为null没找到的话返回false。

我们可以看出查找的效率是很高的

1.2二叉树的插入

注：二叉搜索树的插入只会插入进叶子节点。

    public boolean insert(int val){
        TreeNode cur = root;
        TreeNode parent = null;

        if(root == null){
            root = new TreeNode(val);
            return true;
        }
        while (cur != null){
            if(cur.val < val){
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            }else {
                return false;
            }
        }
        TreeNode node = new TreeNode(val);
        if(val < parent.val){
            parent.left = node;
        }else {
            parent.right = node;
        }
        return true;
    }

1.若根节点为空，那么直接新建一个节点存入val值，令root＝node。

2.如果跟节点不为空。我们想找到合适的位置插入，那么就跟查找类似。

需要比较插入的值，与根节点比较。

①如果插入的值小于根节点。那么进入左子树

②如果插入的值大于根节点。那么进入右子树

直到找到一个节点为空（cur == null时），那么此时。就可以插入这个节点。新建一个节点，放入val值。令当前空节点为新建节点。

但是存在一个问题。我们需要连接节点，因此还需要知道插入位置的父亲节点才能进行插入

因此我们需要多定义一个parent节点。每次cur节点移动的之前，令parent = cur。

1.3二叉树的删除（难点）

设待删除结点为 cur, 待删除结点的双亲结点为 parent。

分以下三种情况进行删除

1. cur.left == null

1. cur 是 root，则 root = cur.right
2. cur 不是 root，cur 是 parent.left，则 parent.left = cur.right
3. cur 不是 root，cur 是 parent.right，则 parent.right = cur.right

2. cur.right == null

1. cur 是 root，则 root = cur.left
2. cur 不是 root，cur 是 parent.left，则 parent.left = cur.left
3. cur 不是 root，cur 是 parent.right，则 parent.right = cur.left

3. cur.left != null && cur.right != null

需要使用替换法进行删除，即在它的右子树中寻找中序下的第一个结点(关键码最小)，用它的值填补到被删除节点中，再来处理该结点的删除问题

    public void remove(int val){
        TreeNode cur = root;
        TreeNode parent = null;

        while (cur != null){
            if (cur.val < val){
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            }else {
                // 删除的逻辑
                removeNode(parent,cur);
                return;
            }
        }
    }

// 删除的逻辑

removeNode(parent,cur);

// 该元素不在二叉搜索树中
        if(null == cur){
            return false;
       }
 
        /*
        根据cur的孩子是否存在分四种情况
        1. cur左右孩子均不存在
        2. cur只有左孩子
        3. cur只有右孩子
        4. cur左右孩子均存在
       看起来有四种情况，实际情况1可以与情况2或者3进行合并，只需要处理是那种情况即可
        除了情况4之外，其他情况可以直接删除
        情况4不能直接删除，需要在其子树中找一个替代节点进行删除
        */
        // 请同学们根据上课掌握内容，完成删除的关键部分代码
        return true;
   }
}

代码后续会补充完整，并进行分析。