【数据结构】Map与Set

news2024/9/21 14:47:28

前言

前两篇文章我们研究了二叉搜索树与哈希表的结构与特点，他们二者是Map与Set这两个接口实现的底层结构，他们利用了搜索树与哈希表查找效率高这一特点，是一种专门用来进行搜索操作的容器或数据结构。本篇文章就让我们一起来梳理这两个接口的特性与用法吧

在介绍这两个接口前先说明一下Key-value模型吧：

一般把搜索的数据称为关键字（Key），和关键字对应的称为值（Value），将其称之为Key-value的键值对，所以模型会有两种：

1. 纯 key 模型，比如：

有一个英文词典，快速查找一个单词是否在词典中快速查找某个名字在不在通讯录中

2. Key-Value 模型，比如：

统计文件中每个单词出现的次数，统计结果是每个单词都有与其对应的次数：<单词，单词出现的次数>梁山好汉的江湖绰号：每个好汉都有自己的江湖绰号

而 Map 中存储的就是 key-value 的键值对， Set 中只存储了 Key

一、Map

Map 是一个接口类，该类没有继承自 Collection ，该类中存储的是 <K,V> 结构的键值对，并且 K 一定是唯一的，不 能重复。

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

Map 的常用方法说明

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. 在 TreeMap 中插入键值对时， key 不能为空，否则就会抛 NullPointerException 异常，value可以为空。但是HashMap的key和value都可以为空。

4. 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)。

5. 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)。

6. 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。

HashMap的简单实现：

public class HashBuck2<K,V> {
    static class Node<K,V> {
        public K key;
        public V val;
        public Node<K,V> next;
        public Node(K key,V val) {
            this.key = key;
            this.val = val;
        }
    }

    public Node<K,V>[] array = (Node<K,V>[])new Node[10];
    //public Node<K,V>[] array = new Node<K,V>[10];

    public int usedSize;

    public double loadFactor = 0.75;

    public void put(K key,V val) {
        int hash = key.hashCode();
        int index = hash % array.length;
        Node<K,V> cur = array[index];
        //1. 遍历当前链表 是否存在当前值
        while (cur != null) {
            if(cur.key.equals(key)) {
                cur.val = val;
                return;
            }
            cur = cur.next;
        }
        //2. 说明 没有当前值，此时进行 头插
        Node<K,V> node = new Node<K,V>(key,val);
        node.next = array[index];
        array[index] = node;
        usedSize++;
    }

    public V get(K key) {
        int hash = key.hashCode();
        int index = hash % array.length;
        Node<K,V> cur = array[index];
        //1. 遍历当前链表 是否存在当前值
        while (cur != null) {
            if(cur.key.equals(key)) {
                return cur.val;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return null;
    }
}

TreeMap使用示例：

import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;
public static void TestMap(){
    Map<String, String> m = new TreeMap<>();
// 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");
    System.out.println(m.size());
    System.out.println(m);
// put(key,value): 注意key不能为空，但是value可以为空
// key如果为空，会抛出空指针异常
//m.put(null, "花名");
    str = m.put("无名", null);
    System.out.println(m.size());
// put(key, value):
// 如果key存在，会使用value替换原来key所对应的value，返回旧value
    str = m.put("李逵", "铁牛");
// get(key): 返回key所对应的value
// 如果key存在，返回key所对应的value
// 如果key不存在，返回null
    System.out.println(m.get("鲁智深"));
    System.out.println(m.get("史进"));
//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(m.getOrDefault("李逵", "铁牛"));
    System.out.println(m.getOrDefault("史进", "九纹龙"));
    System.out.println(m.size());
//containKey(key)：检测key是否包含在Map中，时间复杂度：O(logN)
// 按照红黑树的性质来进行查找
// 找到返回true，否则返回false
    System.out.println(m.containsKey("林冲"));
    System.out.println(m.containsKey("史进"));
// containValue(value): 检测value是否包含在Map中，时间复杂度: O(N)
// 找到返回true，否则返回false
    System.out.println(m.containsValue("豹子头"));
    System.out.println(m.containsValue("九纹龙"));
// 打印所有的key
// keySet是将map中的key防止在Set中返回的
    for(String s : m.keySet()){
        System.out.print(s + " ");
    }
    System.out.println();
// 打印所有的value
// values()是将map中的value放在collect的一个集合中返回的
    for(String s : m.values()){
        System.out.print(s + " ");
    }
    System.out.println();
// 打印所有的键值对
// entrySet(): 将Map中的键值对放在Set中返回了
    for(Map.Entry<String, String> entry : m.entrySet()){
        System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
    }
    System.out.println();
}

二、Set

Set与Map主要的不同有两点：Set是继承自Collection的接口类，Set中只存储了Key。

常见方法说明

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. TreeSet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. Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重

5. 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。

6. 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

7. TreeSet中不能插入null的key，HashSet可以。

TreeSet使用示例：


import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public static void TestSet(){
    Set<String> s = new TreeSet<>();
    // add(key): 如果key不存在，则插入，返回ture
    // 如果key存在，返回false
    boolean isIn = s.add("apple");
    s.add("orange");
    s.add("peach");
    s.add("banana");
    System.out.println(s.size());
    System.out.println(s);
    isIn = s.add("apple");
    // add(key): key如果是空，抛出空指针异常
    //s.add(null);
    // 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"));
    // remove(key): key存在，删除成功返回true
    // key不存在，删除失败返回false
    // key为空，抛出空指针异常
    s.remove("apple");
    System.out.println(s);
    s.remove("watermelen");
    System.out.println(s);
    Iterator<String> it = s.iterator();
    while(it.hasNext()){
        System.out.print(it.next() + " ");
    }
    System.out.println();
}