Java-数据结构-Map与Set-(一) ٩(๑＞◡＜๑)۶

文本目录：

❄️一、搜索树：

☑ 1、概念：

☑ 2、操作-插入：

代码：

☑ 3、操作-查看：

代码：

☑ 4、操作-删除：

代码：

☑ 5、性能分析：

❄️二、搜索：

☞ 1、概念和场景：

☞ 2、模型：

❄️ 三、Map的使用：

▶ 1、关于Map的说明：

▶ 2、Map常用的方法：

▶ 3、Map使用时候的注意：

❄️四、Set的使用：

▶ 1、Set常用的方法：

▶ 2、Set使用时候的注意：

❄️总结：

我们呢请出我们的一个老朋友：

对于这张表呢，我们就只剩下关于Set和Map的这个接口了，而对于这连个接口呢是和我们搜索相关的一个接口，那么在了解Set和Map之前呢，我们来介绍一个新的二叉树——二叉搜索树

❄️一、搜索树：

☑ 1、概念：

二叉搜索树又称二叉排序树，它或者是空树，如果不是空树就要具备以下的性质：

1、如果它的左子树不为空的话，其所有左子树的节点的值要比根节点小

2、如果它的右子树不为空的话，其所有右子树的节点的值要比根节点大

3、它的左右子树都为二叉搜索树

我们来看一个例子：

这个就是一个二叉搜索树。

我们接下来自实现一下关于二叉搜索树的插入、查找、删除操作。

在执行操作之前呢，我们先把其准备工作准备好，我们要设置我们二叉搜索树的节点和其根节点:

public class BinarySearchTree {

    static class TreeNode {
        public int val;
        public TreeNode left;
        public TreeNode right;

        public TreeNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    public TreeNode root;
}

☑ 2、操作-插入：

我们的插入呢就是非常的简单了，我们要进行以下操作：

1、判断是否是空。如果是空树，第一个节点就是根结点。

2、不为空的时候，我们定义一个 parent 和 cur 临时变量。parent 用来存储 cur 的根节点，cur 用来遍历二叉搜索树，来寻找要插入的地方。

3、每次走 cur 这前呢，执行 parent = cur ，为了把 cur 的父亲节点记录下来

4、我们要判断每一个 cur.val 和我们插入的 val 值大小：

如果 cur.val < val 执行 cur = cur.right

如果 cur.val > val 执行 cur = cur.left

这个操作是循环的，直至我们的 cur == null 的时候呢，就跳出循环。

这里要注意：我们的二叉搜索树是不能存储两个相同的节点的。

5、这个时候我们的 parent 这个节点就是 cur 的父亲节点，之后再次比较 parent.val 和 val 的值

如果 parent.val > val 执行 parent.left = val这个值的节点

如果 parent.val < val 执行 parent.right = val这个值的节点

代码：

public void insert(int val) {
        if (root == null) {
            root = new TreeNode(val);
            return;
        }

        TreeNode newNode = new TreeNode(val);
        TreeNode parent = null;
        TreeNode cur = root;

        while (cur != null) {
            if (cur.val < val) {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            }else {
                //不能存在相同的节点
                return;
            }
        }

        if (parent.val < val) {
            parent.right = newNode;
        }else {
            parent.left = newNode;
        } 
    }

☑ 3、操作-查看：

这个方法就很简单了，我们只需要进行和要查找的 val 进行比较就可以了

1、定义一个 cur 的临时变量存储 root 用于遍历

2、用 cur.val 和 val 值进行比较

如果 cur.val < val 执行 cur = cur.right

如果 cur.val > val 执行 cur = cur.left

如果 cur.val = val 我们直接返回 cur 这个节点就可以了

我们直接来看代码：

代码：

public TreeNode search(int val) {
        if (root == null) {
            return null;
        }

        TreeNode cur = root;

        while (cur != null) {
            if (cur.val < val) {
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val) {
                cur = cur.left;
            } else {
                return cur;
            }
        }
        return null;
    }

☑ 4、操作-删除：

删除呢，我们需要先找到我们要删除的节点，这里我们使用 cur 来设为要删除的节点的，用 parent 来记录我们要删除的节点的父亲节点。在我们找到要删除的节点节点之后呢，我们对于删除操作有几种不同的情况，我们来看看：

1、cur.left == null 时

如果：cur == root 执行 root = cur.right

如果：parent.left == cur 执行 parent.left = cur.right

如果：parent.right == cur 执行 parent.right = cur.right

2、cur.right == null 时

如果：cur == root 执行 root = cur.left

如果：parent.left == cur 执行 parent.left = cur.left

如果：parent.right == cur 执行 parent.right = cur.left

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

我们先设置 target 存储 cur.right，targetParent = cur

我们这个时候呢有两个方法做到删除操作，

其一：在左树中找到最大值(左树中的最右边的节点)

其二：在右数中找到最小值(右树中的最左边的节点)

先用其中一个，之后呢执行 cur.val = target.val

之后我们还要进行判断

如果：targetParent.left == target 执行 targetParent.left = target.right

如果：targetParent.right == target 执行 targetParent.right = target.right

这里我演示的使用的在左树中找最大值

我们来看看这个整体的代码的编写：

代码：

public void remove(int val) {
        if (root == null) {
            return;
        }
        TreeNode parent = null;
        TreeNode cur = root;
        while(cur != null) {
            if (cur.val < val) {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            } else {
                removeNode(parent,cur);
            }
        }
    }

    private void removeNode(TreeNode parent, TreeNode cur) {
        if (cur.left == null) {
            if (cur == root) {
                root = cur.right;
            } else if (parent.left == cur) {
                parent.left = cur.right;
            } else {
                parent.right = cur.right;
            }
        } else if (cur.right == null) {
            if (cur == root) {
                root = cur.left;
            } else if (parent.left == cur) {
                parent.left = cur.left;
            } else {
                parent.right = cur.left;
            }
        } else {
            TreeNode targetParent = cur;
            TreeNode target = cur.right;
            while (target.left != null) {
                targetParent = target;
                target = target.left;
            }
            cur.val = target.val;
            if (targetParent.left == target) {
                targetParent.left = target.right;
            } else {
                targetParent.right = target.right;
            }
        }
    }

☑ 5、性能分析：

最好的情况下：二叉树趋于完全二叉树，这样平均比较次数为：logN

最坏的情况下：二叉树为单分支，这样平均比较次数为：N/2

❄️二、搜索：

☞ 1、概念和场景：

我们要介绍的Map 和 Set 呢是一种专门用来搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率和具体的实例化子类有关系。

以前的我们的搜索方式有：

1、直接遍历：时间复杂度为O(N)，当数据多的时候就会更慢。

2、二分查找：时间复杂度为O(logN)，但是搜索的序列必须是有序的。

上面的这些呢，是比较适合进行静态查找的，一般不会在查找的时候进行插入和删除操作了。

那么我们有时候就需要在查找的时候进行插入或者是删除操作了，这就是动态查找了，这次我们要介绍的 Map和Set 就是一种适合动态查找的集合容器了。

☞ 2、模型：

一般情况下，我们把要搜索的数据称为关键字(key) ，和关键字对应的称为值(value)，将其称为 key-value 键值对，所以模型会有两种：

1、key-value 模型，比如：

统计文件中每个但出现的次数，<单词，单词出现的次数>

2、纯 key 模型，比如：

快速查找某个单词是否在文件中。

我们将要介绍的 Map是key-value 模型，而 Set是纯key 模型。

❄️ 三、Map的使用：

Map的官方文档

▶ 1、关于Map的说明：

对于 Map 是一个接口，该类是没有继承 Collection 这个接口的，该类中存储的是 <K,V>模型，并且这里的 K 一定是唯一的，不能重复。

▶ 2、Map常用的方法：

因为我们的 Map 是一个接口，所以不能实例化对象，所以需要我们使用 TreeMap 和 HashMap 来实例化对象。

我们的 TreeMap 的底层使用的是红黑树是我们上面介绍的二叉搜索树的一种，所以我们的才会介绍二叉搜索树。而 HashMap 的底层是哈希桶，这个我们后面会介绍 Hash。

V put(K key，V value)

设置 key 所对应的 value 值

我们来看看如何使用的：

这个呢就是我们的Map中的 put 方法，当然这里也可以吧Map替换成 TreeMap 或者 HashMap。

V get(Object key)

返回传入的 key 所对应的 value 值

这里没有我们的 key 值，我们呢应该返回null 但是呢，我们如果对null 进行拆箱操作的话呢，就会出现空指针异常，所以我们这里要使用 Integer 来接收，就不会出现空指异常。

V getOrDefault(Object key，V defaultValue)

返回 key所对应的 value 值，如果key不存在，返回默认值。

V remove(Object key)

删除 key 所对应的映射关系

boolean containsKey(Object key)

判断是否包含 key

boolean containsValue(Object value)

判断是否包含 value

我们接下来介绍几个特殊的 Map 方法，这些方法中使用到了 Set 这个接口，Set 呢是不能存储相同的数据的这里要注意。

Set<K> keySet()

返回所有的不重复的 key 的集合，放到Set 集合中

Collection<V> values()

判断是否包含 key

Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()

返回所有的 key-value 的映射关系

我们这里的 Map.Entry 就是我们的搜索树的每一个节点，这里面呢有 getValue()得到 value 值，getKey()得到 key 值，setValue(V value) 这个是将其 value 替换为指定的 value 值。

▶ 3、Map使用时候的注意：

1）：

Map 是一个接口不能直接实例化对象，如果想要实例化对象呢，我们只能实例化其实例类TreeMap 或者是 HashMap

2）：

Map 中存放的键值对的 key 是唯一的不能重复，而 value 是能进行重复的。

3）：

在TreeMap 中我们插入对象的时候呢，key 不能为空，否则抛空指针异常。但是我们的 value 可以为空，但是在 HashMap 中呢都可以为空。

4）：

Map 中的 key可以分离出来存放到 Set 中，因为不能重复。

5）：

Map 中的 value 也可以分离出来存放到 Collection 中，因为可以出现重复的值，所以不能存放到 Set 中。

6）：

当 key 的值出现重复的时候呢，我们的key 映射的 value 值是后出现的值。

7）：

我们的存放的时候呢，我们是根据 key 进行比较来确定存放顺序的，不是根据 value 来确定的存放顺序的。

❄️四、Set的使用：

Set的官方文档

我们的 Set 和 Map 是不同的，我们的 Set 是继承自 Collection 的接口的，并且Set 中只存储 key值。

▶ 1、Set常用的方法：

boolean add(E e)

添加元素，但是不会添加重复的元素

boolean contains(Object o)

判断 o 是否出现在 Set 集合中

boolean remove(Object o)

删除集合中的 o

Iterator<E> iterator()

返回迭代器

我们的 Map 是不能使用迭代器的，但是呢我们可以使用Set 来间接使用迭代器遍历Map ：

int size()

返回Set 中的元素个数

boolean isEmpty()

判断set是否为空

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

boolaen addAll(Collecton<?> c)

将集合 c 中的元素存放到set集合中,可以达到去重的效果

▶ 2、Set使用时候的注意：

1）：

Set 是继承 Collection 的一种接口

2）：

Set 只存储了 key，并且key 要唯一

3）：

TreeSet 的底层使用的是 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 Map 中。

4）：

Set 最大的功能就是对元素进行去重操作

5）：

实现 Set 接口的类有 TreeSet 和 HashSet，还有一个LinkedHashSet，这个是在HashSet 的基础上有一个双向链表来记录元素的插入顺序。

❄️总结：

OK，但这里我们的 Set 和 Map 的有关知识的一部分就到这里就结束了，在下一篇博客中会介绍关于哈希的一些知识，并且自实现一下哈希表。让我们尽情期待吧！！！拜拜~~~