一篇文章了解和使用Map和Set(HashMap/TreeMap/HashSet/TreeSet)

[���节目标]

*掌握HashMap/TreeMap/HashSet/TreeSet的使用

*掌握了解HashSet和HashSet背后的哈希原理和简单的实现

1. 搜索树

1.1 概念

二叉搜索树又称二叉排序树,它或者是一颗空树,或者是具有以下性质的二叉树:

1.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

2.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

3.它的左右子树也分别为二叉搜索树

1.2 操作-查找 

代码思路:

先判断根节点,然后再分别判断左右子树.

public class Demo50 {    class Treenode{        int val;        Treenode right;        Treenode left;        public Treenode(int val){            this.val = val;        }    }    public Treenode root;    public boolean search(int key){Treenode cur = root;while(cur != null){    if(cur.val == key){        return true;    } else if (cur.val  
1.3 操作-插入
 
代码思路: 
 
先用while循环找到插入的位置,然后再用parent记录下来,再创建一个新的,接在记录parent的子类.
  
public class Demo51 {    class Treenode{        int val;      Treenode right;       Treenode left;        public Treenode(int val){            this.val = val;        }    }    public Treenode root;    public boolean insert(int val){if(root==null){    Treenode root = new Treenode(val);}Treenode cur = root;Treenode parent = null;while(cur != null){    if(cur.val  val) {        parent = cur;        cur = cur.left;    }    else{        return false;    }}        Treenode node = new Treenode(val);if(parent.val>val){  parent.right = node;}else {   parent.left = node;}return true;    }}
 
1.4 操作-删除(难点)
 
设待删除结点为 cur, 待删除结点的双亲结点为 parent
 
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
1). 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 class Demo52 {    class Treenode{        int val;        Treenode right;        Treenode left;    }    public Treenode root = null;    public void remove(int key) {        Treenode partent = null;        Treenode cur = root;        while (cur != null) {            if (cur.val  key) {                partent = cur;                cur = cur.right;            } else {                removenode(cur, partent);            }        }    }        public void removenode(Treenode cur,Treenode partent) {            if (cur.left == null) {                if (root == cur) {                    root = cur.right;                } else if (cur == partent.left) {                    partent.left = cur.right;                } else {                    partent.right = cur.right;                }            } else if (cur.right == null) {                if(root == cur){                    root = cur.left;                }else if(cur == partent.left){                    partent.left = cur.left;                }                else{                    partent.right = cur.left;                }            } else {//图片的解说对应这里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;}            }        }}
   
1.6  性能分析
 
插入和删除操作都必须先查找，查找效率代表了二叉搜索树中各个操作的性能。
对有n个结点的二叉搜索树，若每个元素查找的概率相等，则二叉搜索树平均查找长度是结点在二叉搜索树的深度的函数，即结点越深，则比较次数越多。
但对于同一个关键码集合，如果各关键码插入的次序不同，可能得到不同结构的二叉搜索树：
 
1.7 和集合类的关系
 
TreeMap 和 TreeSet 即 java 中利用搜索树实现的 Map 和 Set；实际上用的是红黑树，而红黑树是一棵近似平衡的二叉搜索树，即在二叉搜索树的基础之上 + 颜色以及红黑树性质验证，关于红黑树的内容后序再进行讲解。
 
2. 搜索
 
2.1 概念即场景
 
Map和set是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率与其具体的实例化子类有关。以前常见的搜索方式有：
 
1. 直接遍历，时间复杂度为O(N)，元素如果比较多效率会非常慢
2. 二分查找，时间复杂度为 ,但搜索前必须要求序列是有序的
 
上述排序比较适合静态类型的查找，即一般不会对区间进行插入和删除操作了，而现实中的查找比如：
1. 根据姓名查询考试成绩
2. 通讯录，即根据姓名查询联系方式
3. 不重复集合，即需要先搜索关键字是否已经在集合中
可能在查找时进行一些插入和删除的操作，即动态查找，那上述两种方式就不太适合了，本节介绍的Map和Set是一种适合动态查找的集合容器。
 
2.2  模型
 
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：
 
 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：
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。
 
3.  Map的使用
 
3.1 关于Map的说明
 
Map是一个接口类，该类没有继承自Collection，该类中存储的是结构的键值对，并且K一定是唯一的，不能重复。
 
3.2 关于Map.Entry的说明
 
Map.Entry 是Map内部实现的用来存放键值对映射关系的内部类，该内部类中主要提供了的获取，value的设置以及Key的比较方式。
  
解释+例子:map.put("hello",5),就是对应Map.Entry,entry是Map里面的一个接口,然后把K,V看成了一个整体,然后Set包含了很多个map.
   
注意：Map.Entry并没有提供设置Key的方法
 
3.3 Map的常用方法
   
V get(Object key)                                                          返回 key 对应的 value
V getOrDefault(Object key, V defaultValue)                  返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值
V put(K key, V value)                                                     设置 key 对应的 value
V remove(Object key)                                                    删除 key 对应的映射关系
Set keySet()                                                            返回所有 key 的不重复集合
Collection values()                                                  返回所有 value 的可重复集合
Set entrySet()                                返回所有的 key-value 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
   
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。
7. TreeMap和HashMap的区别(最后会讲到)
  
Map示例:
 
import java.util.Arrays;import java.util.TreeMap;import java.util.Map;public class Mapdemo1 {    public static void main(String[] args) {        Map treeMap = new TreeMap();        treeMap.put("林冲", "豹子头");        treeMap.put("鲁智深", "花和尚");        treeMap.put("武松", "行者");        treeMap.put("宋江", "及时雨");        String str = treeMap.put("李逵", "黑旋风");        System.out.println(treeMap.size());        System.out.println(treeMap);        System.out.println(str);        // 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        //treeMap.put(null, "花名");     这里会抛出异常        treeMap.put("无名", null);        System.out.println(treeMap.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        treeMap.put("李逵", "铁牛");        System.out.println(treeMap);        // 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(treeMap.get("鲁智深"));        System.out.println(treeMap.get("史进"));        System.out.println("***************************");        //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(treeMap.getOrDefault("李逵", "铁牛"));        System.out.println(treeMap.getOrDefault("史进", "九纹龙"));        //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(treeMap.containsKey("林冲"));        System.out.println(treeMap.containsKey("史进"));        // 打印所有的key        // keySet是将map中的key防止在Set中返回的        for(String s : treeMap.keySet()){            System.out.print(s + " ");          }        System.out.println();          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 : treeMap.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 entry : treeMap.entrySet()){            System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());              }          System.out.println();      }    }
 
4. Set的使用
 
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。
 
4.1 Set常见的方法和使用
   
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 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