Map和Set

Posted 2021-12-18 ohana！

目录

一，搜索

1.概念和场景

2. 模型

二，Map

1.关于Map.Entry的说明

2.Map的常用方法

注意事项：

TreeMap 和 HashMap 的区别：

红黑树介绍：

代码示例：

三，Set

1.Set的概念

2.Set的常用方法

注意事项：

TreeSet和HashSet的区别：

代码示例：

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一，搜索

1.概念和场景

• 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
• 现实问题中的查找都存在动态查找的可能，因此，Map和Set是一种适合动态查找的集合容器

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

1. 有一个英文词典，快速查找一个单词是否在词典中
2. 快速查找某个名字在不在通讯录中

• Key-Value 模型

1. 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>
2. 同一个名字的使用人数，就是名字重复的人数：<名字，重复的人数>

• Map中存储的就是key-value的键值对，Set中只存储了Key 

二，Map

从图中可以看到Map是一个接口，该接口没有继承自Collection，该接口中存储的是<K,V>结构的键值对，并且K一定是唯一的，不能重复

1.关于Map.Entry<k,v>的说明

• 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

• Map.Entry<K,V>并没有提供设置Key的方法

2.Map的常用方法

注意事项：

• 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
• Map中存放键值对的Key是唯一的，value是可以重复的
• 在Map中插入键值对时，key不能为空，否则就会抛NullPointerException异常，但是value可以为空
• 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)
• 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)
• 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

TreeMap 和 HashMap 的区别：

Map底层结构	TreeMap	HashMap
底层结构	红黑树	哈希桶
插入/删除/查找时间复杂度	O()	O(1)
是否有序	关于Key有序	无序
是否线程安全	线程不安全	线程不安全
插入/删除/查找区别	需要进行元素比较	通过哈希函数计算哈希地址
比较与覆写	key必须能够比较，否则会抛出 ClassCastException异常	自定义类型需要覆写equals和 hashCode方法
应用场景	需要Key有序场景下	Key是否有序不关心，需要更高的时间性能

红黑树介绍：

• TreeMap底层是红黑树，红黑树底层是二叉搜索树 + 一系列的条件限制
• 每个结点都有颜色，要么是红色要么是黑色
• 最长路径中的结点个数不超过最短路径中结点个数的二倍
• 根节点必须是黑色
• 每条路径中的黑色结点数量相等
• 不能有连着的红色结点
• “叶子结点”必须为黑色（这个叶子结点指的是所有结点的空节点）

代码示例：

import java.util.*;

public class MyMap 
    public static void main(String[] args) 
        Map<String,Integer> m = new TreeMap<>();

        m.put("张三",1);
        m.put("李四",2);
        m.put("王五",3);

        System.out.println(m.get("张三"));  //获取key的value值
        System.out.println(m.getOrDefault("赵六",0));  //如果key不存在，返回默认值
        System.out.println(m.size());  // 获取m的有效键值对

        m.put("张三",100);   //若key已经存在，新的value会代替之前的value，有效键值对并不会增加
        System.out.println(m.size());
        //m.put(null,10); // key不能为空，但是，value可以为空

        System.out.println(m.get("张三"));  //获取新的value

        if(m.containsKey("张三"))
            System.out.println("张三存在");
        else
            System.out.println("张三不存在");
        


        if(m.containsValue(100))
            System.out.println("100存在");
        else
            System.out.println("100不存在");
        

        Set<String> s = m.keySet();
        for (String s1: s) 
            System.out.print(s1 + " ");
        
        System.out.println();
        Collection<Integer> c = m.values();
        for (Integer c1 : c ) 
            System.out.print(c1 + " ");
        
        System.out.println();
        Set<Map.Entry<String,Integer>> me = m.entrySet();
        for (Map.Entry<String,Integer> me1 : me) 
            System.out.print(me1 + " ");
        
        System.out.println();
    

三，Set

1.Set的概念

• Set不同于Map的是，Set继承自Collection，Set中只存放了key
• Set的底层也有两种TreeSet和HashSet

2.Set的常用方法

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<E> 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<? extends E> c)	将集合c中的元素添加到set中，可以达到去重的效果

注意事项：

• Set是继承自Collection的一个接口类
•  Set中只存储了key，并且要求key一定要唯一
• Set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
• Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重
• 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
• 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
• Set中不能插入null的key

TreeSet和HashSet的区别：

Set底层结构	TreeSet	HashSet
底层结构	红黑树	哈希桶
是否有序	关于Key有序	不一定有序
线程安全	不安全	不安全
插入/删除/查找区别	按照红黑树的特性来进行插入和删除	1. 先计算key哈希地址 2. 然后进行 插入和删除
比较与覆写	key必须能够比较，否则会抛出 ClassCastException异常	自定义类型需要覆写equals和 hashCode方法
应用场景	需要Key有序场景下	Key是否有

代码示例：

import java.util.*;

public class TestSet 
    public static void main(String[] args) 
        Set<String> s = new TreeSet<>();
        // add(key): 如果key不存在，则插入，返回true
        // 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("watermelon"));
        // 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("watermelon");
        System.out.println(s);
        // 抛出空指针异常
        // s.remove(null);
        Iterator<String> it = s.iterator();
        while(it.hasNext())
            System.out.print(it.next() + " ");
        
        System.out.println();