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JAVA-基礎-Map和Set

2021-02-18 13:37:24 後端開發

1概念

Map和set是一種專門用來進行搜索的容器或者資料結構,其搜索的效率與其具體的實體化子類有關,以前常見的
搜索方式有:

  1. 直接遍歷,時間復雜度為O(N),元素如果比較多效率會非常慢
  2. 二分查找,時間復雜度為
    ,但搜索前必須要求序列是有序的
    上述排序比較適合靜態型別的查找,即一般不會對區間進行插入和洗掉操作了,而現實中的查找比如:
  3. 根據姓名查詢考試成績
  4. 通訊錄,即根據姓名查詢聯系方式
  5. 不重復集合,即需要先搜索關鍵字是否已經在集合中
    可能在查找時進行一些插入和洗掉的操作,即動態查找,那上述兩種方式就不太適合了,本節介紹的Map和Set是
    一種適合動態查找的集合容器
    重要的概念:
    1.一般把搜索的資料稱為關鍵字(Key),和關鍵字對應的稱為值(Value),將其稱之為Key-value的鍵值對
  6. 純 key 模型,比如:
    有一個英文詞典,快速查找一個單詞是否在詞典中
    快速查找某個名字在不在通訊錄中
  7. Key-Value 模型,比如:
    統計檔案中每個單詞出現的次數,統計結果是每個單詞都有與其對應的次數:<單詞,單詞出現的次數>
    梁山好漢的江湖綽號:每個好漢都有自己的江湖綽號
    而Map中存盤的就是key-value的鍵值對,Set中只存盤了Key,

2.Map

Map是一個介面類,該類沒有繼承自Collection,該類中存盤的是<K,V>結構的鍵值對,并且K一定是唯一的,不
能重復

2.1Map.Entry<K, V>

Map.Entry<K, V> 是Map內部實作的用來存放<key, value>鍵值對映射關系的內部類,該內部類中主要提供了
<key, value>的獲取,value的設定以及Key的比較方式
方法 :

方法解釋
K getKey()回傳 entry 中的 key
V getValue()回傳 entry 中的 value
V setValue(V value)將鍵值對中的value替換為指定value

2.2Map的常用方法

方法解釋
V get(Object key)回傳 key 對應的 value
V getOrDefault(Object key, V defaultValue)回傳 key 對應的 value,key 不存在,回傳默認值
V put(K key, V value)設定 key 對應的 value
V remove(Object key)洗掉 key 對應的映射關系
Set keySet()回傳所有 key 的不重復集合
Collection values()回傳所有 value 的可重復集合
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()回傳所有的 key-value 映射關系
boolean containsKey(Object key)判斷是否包含 key
boolean containsValue(Object value)判斷是否包含 value

注意:

  1. Map是一個介面,不能直接實體化物件,如果要實體化物件只能實體化其實作類TreeMap或者HashMap
  2. Map中存放鍵值對的Key是唯一的,value是可以重復的
  3. 在Map中插入鍵值對時,key不能為空,否則就會拋NullPointerException例外,但是value可以為空
  4. Map中的Key可以全部分離出來,存盤到Set中來進行訪問(因為Key不能重復),
  5. Map中的value可以全部分離出來,存盤在Collection的任何一個子集合中(value可能有重復),
  6. Map中鍵值對的Key不能直接修改,value可以修改,如果要修改key,只能先將該key洗掉掉,然后再來進行
    重新插入,
  7. TreeMap和HashMap的區別
Map底層結構TreeMapHashMap
底層結構紅黑樹哈希桶
插入/洗掉/查找時間復雜度 O ( l o g 2 N ) O(log_{2}N) O(log2?N)O(1)
是否有序關于Key有序無序
執行緒安全不安全不安全
插入/洗掉/查找區別需要進行元素比較通過哈希函式計算哈希地址
比較與覆寫key必須能夠比較,否則會拋出ClassCastException例外自定義型別需要覆寫equals和hashCode方法
應用場景需要Key有序場景下Key是否有序不關心,需要更高的時間性能

3.Set

Set與Map主要的不同有兩點:Set是繼承自Collection的介面類,Set中只存盤了Key

3.1Set的常見方法說明

方法解釋
boolean add(E e)添加元素,但重復元素不會被添加成功
void clear()清空集合
boolean contains(Object o)判斷 o 是否在集合中
Iterator iterator()回傳迭代器
boolean remove(Object o)洗掉集合中的 o
int size()回傳set中元素的個數
boolean isEmpty()檢測set是否為空,慷訓傳true,否則回傳false
Object[] toArray()將set中的元素轉換為陣列回傳
boolean containsAll(Collection<?> c)集合c中的元素是否在set中全部存在,是回傳true,否則回傳false
boolean addAll(Collection<? extends E> c)將集合c中的元素添加到set中,可以達到去重的效果

注意:

  1. Set是繼承自Collection的一個介面類
  2. Set中只存盤了key,并且要求key一定要唯一
  3. Set的底層是使用Map來實作的,其使用key與Object的一個默認物件作為鍵值對插入到Map中的
  4. Set最大的功能就是對集合中的元素進行去重
  5. 實作Set介面的常用類有TreeSet和HashSet,還有一個LinkedHashSet,LinkedHashSet是在HashSet的基礎
    上維護了一個雙向鏈表來記錄元素的插入次序,
  6. Set中的Key不能修改,如果要修改,先將原來的洗掉掉,然后再重新插入
  7. Set中不能插入null的key,
  8. TreeSet和HashSet的區別
Set底層結構TreeSetHashSet
底層結構紅黑樹哈希桶
插入/洗掉/查找時間復雜度$ O(log_2N)$O(1)
是否有序關于Key有序不一定有序
執行緒安全不安全不安全
插入/洗掉/查找區別按照紅黑樹的特性來進行插入和洗掉1. 先計算key哈希地址 2. 然后進行插入和洗掉
比較與覆寫key必須能夠比較,否則會拋出ClassCastException例外自定義型別需要覆寫equalshashCode方法
應用場景需要Key有序場景下Key是否有序不關心,需要更高的時間性能

4 面試題練習

1.只出現一次的數字

題目
給定一個非空整數陣列,除了某個元素只出現一次以外,其余每個元素均出現兩次,找出那個只出現了一次的元素,

說明:

你的演算法應該具有線性時間復雜度, 你可以不使用額外空間來實作嗎?

來源:力扣(LeetCode)
鏈接:只出現一次的數字
分析
這個陣列中只有一個元素出現了一次,其余元素都出現了2次
因此可以用Set的性質,遍歷陣列
遇到set中沒有的元素就添加到set中,若已有此元素,則洗掉set中已有的元素
代碼示例

class Solution {
    public int singleNumber(int[] nums) {
        HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
        for(int tmp:nums){
            if(!set.contains(tmp)){
                set.add(tmp);
            }else{
                set.remove(tmp);
            }
        }
        
        int a=0;
        for(int b:set){
            a=b;
        }
        return a;
    }
}

2.復制帶隨機指標的鏈表

題目
復制帶隨機指標的鏈表
分析
題目給定的是一個頭節點,鏈表給的節點由兩個指向,一個指向next而另一個指向random,
想要復制整個鏈表,需要借助HashMap將每個節點進行村春原節點映射為新的節點,
Map中存盤原節點和新節點,每個原節點都對應一個新節點,
通過遍歷鏈表來訪問Map將新節點鏈接起來,即可完成復制
代碼示例

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if(head==null)return null;
        Map<Node,Node> map=new HashMap<>();
        Node cur =head;
        while(cur!=null){
            Node subcur=new Node(cur.val);
            map.put(cur,subcur);
            cur=cur.next;
        }
        cur=head;
        while(cur!=null){
            map.get(cur).next=map.get(cur.next);
            map.get(cur).random=map.get(cur.random);
            cur=cur.next;
        }
        return map.get(head);

    }
}

3.寶石與石頭

題目
寶石與石頭
分析
給定寶石字串和自己擁有的石頭字串,需要統計出石頭字串中和寶石字串中相同字符的個數
此題只需要遍歷石頭字串,如果當前字符也存在于寶石字串當中,那么自己含有的寶石數量就+1
利用Set的性質
代碼示例

class Solution {
    public int numJewelsInStones(String jewels, String stones) {
        Set<Character> set=new HashSet<>();
        for(int i=0;i<jewels.length();i++){
            char q=jewels.charAt(i);
            set.add(q);
        }
        int count=0;
        for(int i=0;i<stones.length();i++){
            char p=stones.charAt(i);
            if(set.contains(p)){
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}

4.舊鍵盤打字

題目
舊鍵盤打字
舊鍵盤上壞了幾個鍵,于是在敲一段文字的時候,對應的字符就不會出現,現在給出應該輸入的一段文字、以及實際被輸入的文字,請你列出肯定壞掉的那些鍵
輸入描述:
輸入在2行中分別給出應該輸入的文字、以及實際被輸入的文字,每段文字是不超過80個字符的串,由字母A-Z(包括大、小寫)、數字0-9、以及下劃線“_”(代表空格)組成,題目保證2個字串均非空,
輸出描述:
按照發現順序,在一行中輸出壞掉的鍵,其中英文字母只輸出大寫,每個壞鍵只輸出一次,題目保證至少有1個壞鍵,
分析
題目指出在列印一段文字時壞掉的字符沒有出現,
給定實際輸入的文字,列出壞掉的鍵
利用Set1保存期望輸入的鍵,Set2保存實際輸入的鍵即可
遍歷期望輸入的鍵,當實際輸入的鍵中保存了已有的鍵就將其移除Set1,最終Set1中剩下的鍵就是壞掉的鍵
代碼示例

import java.util.*;
public class Main {
    public static void function(String strExc,String strAct){
        //
        HashSet<Character> setAct = new HashSet<>();
        for(char ch : strAct.toUpperCase().toCharArray()) {
            setAct.add(ch);
        }
        
        HashSet<Character> setBroken = new HashSet<>();
        HashSet<Character> set = new HashSet<>();
        //setAct就存盤了 我實際輸入的資料
        //遍歷strExc 看哪個鍵不在setAct集合當中
        for(char ch : strExc.toUpperCase().toCharArray()) {
              if(!setAct.contains(ch)&&!set.contains(ch)  ) {
                  //1、把他放到集合  2、
                  set.add(ch);
                  System.out.print(ch);
              }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        String strExc = scan.nextLine();//期望輸入的
        String strAct = scan.nextLine();//實際輸入的
        function(strExc,strAct);
    }
}

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