第六节 Go数据结构之集合

Posted 2021-01-07 lanrenji

一、什么是集合

集合就是不同对象的无序聚集。那么链表和集合有什么关系呢？我们来变个魔术。如下图是各种颜色组成的链表：

下面我们一步步把链表变成集合。
第一步砍去链接

第二步去掉重复

第三步放到一个框里摇一摇就成集合了

可以看出集合有这些特点：

• 无序：链表去掉链接，就是去掉元素间有序状态。
• 不重复：去掉重复的玫红色。
  虽然说集合是一种数学概念，但在实际生活中无处不透露着集合。比如一个班级的学生是一个集合。班级里的男生又是一个集合。

二、集合的结构

大卫哥这里为了简化概念的描述，继续用单链表来表示集合，但是在对集合做计算的时候单链表并不合适，数据量大的时候它的弊端就会显现，在讲到后面的数据结构和算法的时候，我们再回头来完善前面讲的数据接口的实现。

三、接口说明及实现

1、Init

初始化集合，本质是初始化链表。

func (set *Set) Init(match ...MatchFun) {
    lst := new(List)
    (*set).list = lst
    
    if len(match) == 0 {
        lst.Init()
    } else {
        lst.Init(match[0])
    }
}

要比较集合中的元素，我们得传入一个比较函数，这里的match是我们的自定义类型MatchFun，大家可以查看代码里的定义。

2、Insert

把元素放入集合中。

func (set *Set) Insert(data Object) bool {
    if (!set.IsMember(data)) {
        return (*set).list.Append(data)
    }
    
    return false
}

3、IsEmpty

是否是空集合。

func (set *Set) IsMember(data Object) bool {
    return (*set).list.IsMember(data);
}

4、IsMember

是否是集合元素。

func (set *Set) IsMember(data Object) bool {
    return (*set).list.IsMember(data);
}

5、Remove

删除指定集合元素。

func (set *Set) Remove(data Object) bool {
    return (*set).list.Remove(data)
}

6、Union

并集计算。

func (set *Set) Union(set1 *Set) *Set {
    if (set1 == nil) {
        return nil
    }
    nSet := new(Set)
    nSet.Init((*((*set).list)).myMatch)
    
    if (set.IsEmpty() && set1.IsEmpty()) {
         return nSet
    }
    
    for i := uint64(0); i < set.getSize(); i++ {
        nSet.Insert(set.getAt(i))
    }
    
    var data Object
    for i := uint64(0); i < set1.getSize(); i++ {
        data = set1.getAt(i)
        if (!nSet.IsMember(data)) {
            nSet.Insert(data)
        }
    }
    
    return nSet
}

计算set和set1的并集。

7、InterSection

计算交集。

func (set *Set) InterSection(set1 *Set) *Set {
    if (set1 == nil) {
        return nil
    }
    nSet := new(Set)
    nSet.Init((*((*set).list)).myMatch)
    
    if (set.IsEmpty() || set1.IsEmpty()) {
        return nSet
    }
    
    fSet := set
    sSet := set1
    lenth := set.getSize()
    
    if (set1.getSize() < lenth) {
        fSet = set1
        sSet = set
    }
    
    var data Object
    for i := uint64(0) ; i < lenth; i++ {
        data = fSet.getAt(i)
        if (sSet.IsMember(data)) {
            nSet.Insert(data)
        }
    }
    return nSet
}

8、Difference

计算差集。

func (set *Set) Difference(set1 *Set) *Set {
    if (set1 == nil) {
        return nil
    }
    
    nSet := new(Set)
    nSet.Init((*((*set).list)).myMatch)
    if (set.IsEmpty()) {
        return nSet
    }
    
    var data Object
    for i := uint64(0); i < set.getSize(); i++ {
        data = set.getAt(i)
    
        if (!set1.IsMember(data)) {
            nSet.Insert(data)
        }
    }
    
    return nSet
}

返回的集合是属于set，但不属于set1的集合。

9、IsSubSet

    func (set *Set) IsSubSet(subSet *Set) bool {
        if (set == nil) {
            return false
        }
    
        if (subSet == nil) {
            return true
        }
    
        for i := uint64(0); i < subSet.getSize(); i++ {
            if (!(set.IsMember(subSet.getAt(i)))) {
                return false
            }
        }
    
        return true
    }

确认subSet是否是set的子集。

10、Equals

    func (set *Set) Equals(set1 *Set) bool {
        if (set == nil || set1 == nil) {
            return false
        }
    
        if (set.IsEmpty() && set1.IsEmpty()) {
            return true
        }
    
        nSet := set.InterSection(set1)
    
        return (set.getSize() == nSet.getSize())
    }

判断set和set1中集合元素是否一样。

11、访问集合元素

因为集合是没有顺序的，所以没法用序号来访问集合元素（虽然这里是用单链表实现）。这里我们用迭代器的方式来实现元素的访问。首先我们定义一个迭代器的接口。

(1) Iterator

    type Iterator interface{
        HasNext() bool
        Next() Object
    }

(2) SetIterator

    type SetIterator struct {
        index uint64
        set *Set
    }

因为Iterator是接口，没法保存状态，所以我们得定义一个类型来保存每次访问的游标。这里的游标是序号。

(3) GetIterator

返回一个实现了Iterator接口的对象。

    func (set *Set) GetIterator() *SetIterator {
        iterator := new(SetIterator)
        (*iterator).index = 0
        (*iterator).set = set
    
        return iterator
    }

(4) HasNext

是否有其他元素没访问到？

    func (iterator *SetIterator) HasNext() bool {
        set := (*iterator).set
        index := (*iterator).index
    
        return (index < set.getSize())
    }

这是Iterator中HasNext方法的实现。

(5) Next

获取其他元素。

    func (iterator *SetIterator) Next() Object {
        set := (*iterator).set
        index := (*iterator).index
    
        if (index < set.getSize()) {
            data := set.getAt(index)
            (*iterator).index++
    
            return data    
        }
    
        return nil
    }

四、小结

集合在概率中有很多应用，这里我们仅仅是用单链表简单的实现了集合，在大量数据下，计算效率很低。随着学习的深入，我们会优化这些数据接口的实现。
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