一起学习集合框架之 TreeSet

Posted 2022-08-08 宇宙之一粟

什么是 TreeSet

TreeSet 是一个具有唯一元素的二叉树的集合，又被翻译为 树集。Java 中的 TreeSet 类是 Java 集合框架的一部分，从 Java 6 开始，它实现了 ​​NavigableSet​​ 接口（这个接口增加了几个查找元素以及反向遍历的便利方法），从而扩展了 ​​SortedSet​​ 集合。

TreeSet 类与散列类十分相似，不过，它比普通的集合有所改进，树集是一个有序集合（sorted collection），该数据结构的元素按自然顺序排序。

• ​​SortedSet​​ 接口提供了保持元素排序的功能。
• ​​Navigableset​​ 接口提供了可以通过 SortedSet 检索的功能。例如，找到该元素大于或小于给定元素，找到排序集中的第一个和最后一个元素。

接口 API

我们来看看 TreeSet 的接口：

TreeSet()

public TreeSet() 
    this(new TreeMap<>());

TreeSet(Comparator<? super E> comparator)

public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 
    this(new TreeMap<>(comparator));

TreeSet(Collection<? extends E> c)

    public TreeSet(Collection<? extends E> c) 
        this();
        addAll(c);
    

TreeSet(SortedSet<E> s)

    public TreeSet(SortedSet<E> s) 
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    

其他方法

其他方法，可以读者自行研究，如下：

因为实现了 ​​SortedSet​​ 接口，因此具有：

• Comparator<? super E> comparator() 、
• ​​E first()​​
• ​​E last()​​

又实现了 ​​NavigableSet<E>​​ 接口：

• ​​E higher(E value)​​ 和 E lower(E value) ：返回大于 value 的最小元素和小于 value 的最大元素，如果没有则返回 null
• ​​E celling(E value)​​和 E floor(E value) ：返回大于等于 value 的最小元素或小于等于 value 的最大元素，如果没有 则返回 null
• ​​E pollFirst()​​ 和 E pullLast()：删除并返回这个集合中的最大元素或最小元素，这个集合为空时返回 null
• ​​Iterator<E> descendingIterator()​​：返回一个按照递减顺序遍历集合中元素的迭代器

简单的 TreeSet 例子

我们可以以任意顺序将元素插入到集合中，在对集合进行遍历时，会返回排序好的值。例如：

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetExample 

  public static void main(String[] args) 
    // 定义一个 String 类型的树集
    TreeSet<String> treeset = new TreeSet<String>();
    
    // 添加元素
    treeset.add("Learning TreeSet");
    treeset.add("Hello, world!");
    treeset.add("ABC");
    treeset.add("Yuzhou1su");
    treeset.add("宇宙之一粟");
    
    for (String ts : treeset) 
      System.out.println(ts);
    

  

运行结果：

ABC
Hello, world!
Learning TreeSet
Yuzhou1su
宇宙之一粟

正如 TreeSet 类名一般，排序是通过树数据结构完成的（实现的是红黑树），如果要使用树集，必须能够比较元素，即这些元素必须实现 Comparable 接口，或者构造集必须提供一个 Comparator。

自定义比较器的 TreeSet

树集中默认是升序，让我们来自定义一个降序的比较器：

package com.yuzhou1su.TreeSetExample;

import java.util.TreeSet;
import java.util.Comparator;
import java.util.SortedSet;

public class TreeSetDescendingOrderExample 
  

  public static void main(String[] args) 
    
    SortedSet<Integer> nums = new TreeSet<>(Comparator.reverseOrder());
    
    nums.add(1);
    nums.add(99);
    nums.add(20);
    nums.add(2022);
    nums.add(2035);
    
    System.out.println("Descending order:" + nums);
  

运算结果：

Descending order:[2035, 2022, 99, 20, 1]

下面来看一下 TreeSet 如何创建、往其中插入元素、如何搜索和字符串化操作。如何集合为空，则 TreeSet 只允许一个空值。TreeSet 的添加、删除和查找包含的函数的算法复杂度为 ​​log(n)​​。

插入节点

func (treeset *TreeSet) InsertTreeNode(treeNodes ...TreeNode) 

参考链接：

• 《Java 核心技术 卷 1 》j（原书第 11 版）：9.3.4 树集，Page 388-389
• ​​https://pkg.go.dev/gitee.com/mirrors/gods.git/sets/treeset​​
• ​​https://github.com/emirpasic/gods/blob/master/sets/treeset/treeset.go​​