week07_day05_Set

2023-12-03 23:58
文章标签 set day05 week07

本文主要是介绍week07_day05_Set，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

什么是hash表
hash表是一种二维结构，管理着一对对<Key,Value>这样的键值对,Hash表的结构如下图所示：
在这里插入图片描述
如上图所示，左侧部分是一个一维顺序存储的数组，数组单元格里的内容是指向另一个链式数组的指针。图中绿色部分是<Key,Value>，绿色部分右侧的白色部分是指向下一对键值对的指针。

hash表的工作原理：
（1）.第一步 先根据给定的key和散列算法得到具体的散列值，也就是对应的数组下标。
（2）.第二步，根据数组下标得到此下标里存储的指针，若指针为空，则不存在这样的键值对，否则根据此指针得到此链式数组。（此链式数组里存放的均为一对对<Key,Value>）。
（3）.遍历此链式数组，分别取出Key与给定的Key比较，若找到与给定key相等的Key，即在此hash表中存在此要查找的<Key,Value>键值对，此后便可以对此键值对进行相关操作；若找不到，即为不存在此 键值对。

所以hash表其实就是管理一对对<Key，Value>这样的结构
在这里插入图片描述
哈希表的插入、删除、查找：
在这里插入图片描述
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HashSet
概述：
底层数据结构是哈希表（哈希表是一种数据结构，HashMap是对哈希表的一个实现）
Set的底层实现都是Map
它不保证迭代顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变 (无序的)。
允许存储 null 元素。
不同步

public class HashSetDemo01 {public static void main(String[] args) {// HashSet是无序，并且可以存储null元素Set<String> set = new HashSet<>();set.add("allen");set.add("beyonce");set.add("catalina");set.add("diana");set.add("allen");set.add("allen");set.add(null);set.add(null);set.add(null);System.out.println(set);}
}

构造方法

  • HashSet()
    构造一个新的空 set，其底层 HashMap 实例的默认初始容量是 16，加载因子是 0.75。
  • HashSet(Collection<? extends E> c)
    构造一个包含指定 collection 中的元素的新 set。
  • HashSet(int initialCapacity)
    构造一个新的空 set，其底层 HashMap 实例具有指定的初始容量和默认的加载因子（0.75）。
    JDK中HashMap数组的大小是2的n次方， 所以数组的大小为大于等于initialCapacity的最小的2^n
  • HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
    构造一个新的空 set，其底层 HashMap 实例具有指定的初始容量和指定的加载因子。
    public static void main(String[] args) {//HashSet(Collection<? extends E> c)//可以对一个含有重复元素的list进行去重List<Character> list = Arrays.asList('A', 'A', 'B', 'C', 'B');HashSet<Character> set = new HashSet<>(list);System.out.println(set);}

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HashSet 是如何保证元素的唯一性的呢？（Set 存储的元素是作为 Map 的 key）

查看源码 (JDK1.7)
它依赖于存储元素的两个方法: int hashCode() & boolean equals(Object obj)

HashSet源码剖析：

/*HashSet是如何保证元素的唯一性的呢？HashMap的 key 值是唯一的。
*/class HashSet<E> implements Set {private transient HashMap<E,Object> map; // 里面的value都是PRESENT/*占位符 dumb value*/private static final Object PRESENT = new Object();public boolean add(E e) {//所有key对应的value都是PRESENT对象（static final），PRESENT就是一个占位符return map.put(e, PRESENT)==null;}
}// JDK1.7
class HashMap<K, V> implements Map<K, V> {public V put(K key, V value) {//看哈希表是否为空，如果空，就开辟空间if (table == EMPTY_TABLE) {inflateTable(threshold);}//判断对象是否为nullif (key == null)return putForNullKey(value);int hash = hash(key); // 和key对象的hashCode()方法相关//在哈希表中查找hash值int i = indexFor(hash, table.length);// 遍历链表for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {Object k;// e.hash = hash, 判断e.hash = hash(key) 两者哈希值不一样，key一定不相等。//如果这步就不相等了，根据短路原则，&&后面的条件也不会判断了//如果相等，哈希值相等，key不一定相等，还等接着往后判断//(k = e.key) == key 相等的话，两个key相等，也就是说两个对象地址相等，代表找到了//如果这步就相等了，根据短路原则，||后面的条件也不会判断了//如果不相等，才会调用key.equals(k)方法if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {// key 与 e.key 是相等的，只更新valueV oldValue = e.value;e.value = value;e.recordAccess(this);return oldValue;//走这里其实是没有添加元素}}// 遍历完之后发现没有相等的key，就添加键值对modCount++;addEntry(hash, key, value, i); //把元素添加return null;}transient int hashSeed = 0;final int hash(Object k) { //k="hello", hash(Object k) 只和k的hashCode()方法有关。int h = hashSeed;if (0 != h && k instanceof String) {return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);}h ^= k.hashCode(); //这里调用的是对象的hashCode()方法// This function ensures that hashCodes that differ only by// constant multiples at each bit position have a bounded// number of collisions (approximately 8 at default load factor).h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);}
}

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看一下Object类中的hashCode方法和equals方法：
根据截图中的这条约定，重写equals方法一定要重写hashCode方法。我们重写equals方法时，是根据age和name重写的，那重写hashCode方法也得根据这两个属性来重写。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

注意事项：千万不要修改 HashSet 元素的属性值!

做个练习：
HashSet存储自定义对象Student(name, age)。如果name和age都相等，那么我们就认为两个对象相等。

Student类：

package com.cskaoyan.set;import java.util.Objects;public class Student {private String name;private int age;public Student() {}public Student(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public void setName(String name) {this.name = name;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Override//equals方法的参数类型是Object类型，写成Student类型就不是方法重写了//而是方法重载，从Object类中继承了equals方法，把参数类型改变了public boolean equals(Object obj) {if (obj == null) return false;if (getClass() != obj.getClass()) return false;Student s = (Student) obj;//如果用name.equals(s.name)，万一name为null，就会报空指针异常//所以用Objects.equals(name, s.name)，可以看其源码//public static boolean equals(Object a, Object b) {//    return (a == b) || (a != null && a.equals(b));//}//如果a和b存储的地址相等或a为null且b为null，返回true//否则，判断(a != null && a.equals(b)return age == s.age && Objects.equals(name, s.name);}@Override//每个Student对象的hashCode返回的是此对象在内存地址中的哈希值//对象不同，hashCode就不一样，而HashSet源码中hash(key)方法// 只和hashCode有关，所以所得的哈希值一定不同，// if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))//执行源码中的这条语句时，e.hash == hash条件就没通过，//也就是说两个姓名年龄相同的学生也给认为是不一样了，所以得重写hashCode方法public int hashCode() {int h = 0;h = h * 31 + age;//调用Objects.hashCode(name)还是为了避免name为null而报空指针异常//Objects.hashCode(name);点开源码看，即在String对象上调用hashCode方法//String类已经重写了hashCode方法了h = h * 31 + Objects.hashCode(name);return h;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}
}

测试代码：

package com.cskaoyan.set;import java.util.HashSet;/*
HashSet 是如何保证元素的唯一性的呢？
Set存储的元素是作为Map的key，而Map的key是唯一的它依赖于存储元素的两个方法: int hashCode() & boolean equals(Object obj)
练习：HashSet存储自定义对象Student(name, age)如果name和age都相等，那么我们就认为两个对象相等。注意事项：千万不要修改 HashSet 元素的属性值!*/
public class HashSetDemo03 {public static void main(String[] args) {HashSet<Student> set = new HashSet<>();Student s1 = new Student("刘亦菲", 16);Student s2 = new Student("刘亦菲", 16);Student s3 = new Student("刘亦菲", 16);Student s4 = new Student("小龙女", 22);Student s5 = new Student("花木兰", 18);Student s6 = new Student("赵灵儿", 17);set.add(s1);set.add(s2);set.add(s3);set.add(s4);set.add(s5);set.add(s6);/*System.out.println(s1.equals(s2));System.out.println(s1.equals(s3));*/System.out.println(set.size()); // 4System.out.println(set);// 修改s4的属性值//改完后这个对象依然存在set中，就造成了set中存了重复元素的效果//HashSet只有在执行add(a)方法时才会判断是否set中是否有a对象//所以存进去了就不要再修改属性值了/*s4.setName("刘亦菲");s4.setAge(16);System.out.println(set.size()); // 4System.out.println(set);*/}
}

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LinkedHashSet概述：
HashSet 的子类
底层是HashMap & 双向链表
HashMap 保证了元素的唯一性。
链表定义了迭代的顺序，按照元素的插入顺序进行迭代。
不同步。
在这里插入图片描述
LinkedHashSet相比HashSet多了一个按照元素的插入顺序进行迭代的功能，除此之外，构造方法、成员方法都和HashSet一样。
其他的注意事项啥的都和HashSet一样。

    public static void main(String[] args) {LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();set.add("catalina");set.add("diana");set.add("allen");set.add("beyonce");set.add("allen");set.add("allen");set.add(null);set.add(null);set.add(null);System.out.println(set);}

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TreeSet概述：
底层的数据结构是 TreeMap, TreeMap的底层是红黑树。
如果创建对象时，没有传入 Comparator 对象，则根据自然顺序（字典顺序）进行排序。
如果创建对象时，传入了 Comparator 对象，则根据 Comparator 进行排序。
不能存储 null 元素，除非在Comparator中定义的null的比较规则
不同步

构造方法

  • TreeSet() 根据其元素的自然顺序进行排序
  • TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 它根据指定比较器进行排序

注意事项：
TreeSet 是通过compareTo()或者比较器去重的。
并不是依赖于equals方法和hashCode方法

代码一：演示构造方法TreeSet()
Teacher类：

package com.cskaoyan.set;//Teacher类必须是可比较的，TreeSet底层是红黑树，红黑树属于BST，
//在之前实现BST中：public class BinarySearchTree<E extends Comparable<? super E>>
//让其中的元素E是Comparable接口的子类
//所以teacher也得实现Comparable接口
public class Teacher implements Comparable<Teacher> {private String name;private int age;public Teacher() {}public Teacher(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Teacher{" +"name='" + name + '\'' +", age='" + age + '\'' +'}';}@Overridepublic int compareTo(Teacher t) {// 先按年龄比较，再按姓名比较int cmp = age - t.age;cmp = cmp != 0 ? cmp : name.compareTo(t.name);return cmp;}
}

测试类：

package com.cskaoyan.set;import java.util.TreeSet;/*
练习：存储自定义对象Teacher(name,age)认为name和age相等，那么这两个对象就相等*/
public class TreeSetDemo1 {public static void main(String[] args) {//  TreeSet()TreeSet<Teacher> set = new TreeSet<>();Teacher t1 = new Teacher("风华大叔", 38);Teacher t2 = new Teacher("蓝胖", 88);Teacher t3 = new Teacher("严汉", 20);Teacher t4 = new Teacher("张帅", 19);Teacher t5 = new Teacher("黑大帅", 18);Teacher t6 = new Teacher("黑大帅", 18);set.add(t1);set.add(t2);set.add(t3);set.add(t4);set.add(t5);set.add(t6);System.out.println(set.size()); //System.out.println(set);}
}

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用默认构造方法不太方便，假如Teacher类是别人写的，这个类没有实现Comparable接口。你不能修改人家的代码，就不能用默认构造方法了

演示TreeSet(Comparator<? super E> comparator)构造方法：

Teacher02类：

package com.cskaoyan.set;/*** @author shihao* @create 2020-05-22 18:00*/
public class Teacher02 {private String name;private int age;public Teacher02() {}public Teacher02(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public int getAge() {return age;}@Overridepublic String toString() {return "Teacher{" +"name='" + name + '\'' +", age='" + age + '\'' +'}';}}

测试代码：

package com.cskaoyan.set;import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;/*** @author shihao* @create 2020-05-22 18:01*/
public class TreeSetDemo02 {public static void main(String[] args) {//传入一个实现Comparator接口的子类对象//这个对象我们只使用一次，所以传入匿名内部类即可//并且应当重写其中的compare方法TreeSet<Teacher02> set = new TreeSet<>(new Comparator<Teacher02>() {@Overridepublic int compare(Teacher02 t1, Teacher02 t2) {int cmp = t1.getAge() - t2.getAge();//String类型是实现了comparable接口的cmp = cmp != 0 ? cmp : t1.getName().compareTo(t2.getName());return cmp;}});Teacher02 t1 = new Teacher02("风华大叔", 38);Teacher02 t2 = new Teacher02("蓝胖", 88);Teacher02 t3 = new Teacher02("严汉", 20);Teacher02 t4 = new Teacher02("张帅", 19);Teacher02 t5 = new Teacher02("黑大帅", 18);Teacher02 t6 = new Teacher02("黑大帅", 18);set.add(t1);set.add(t2);set.add(t3);set.add(t4);set.add(t5);set.add(t6);System.out.println(set.size()); //System.out.println(set);}}

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TreeSet 是如何保证元素的唯一性的呢？
查看源码
它依赖于存储元素的 compareTo(obj) 方法，或者是传入的 Comparator 对象的 compare(o1, o2) 方法
注意事项：千万不要修改 TreeSet 元素的属性值!

剖析TreeSet源码：

class TreeSet implements Set {//NavigableMap是一个接口private transient NavigableMap<E, Object> m;// Dummy value to associate with an Object in the backing Mapprivate static final Object PRESENT = new Object();//这个构造方法调用的其实是下下个构造方法public TreeSet() {//传入的其实还是一个TreeMapthis(new TreeMap<E, Object>());}public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {//传入的其实还是一个带comparator的TreeMapthis(new TreeMap<>(comparator));}TreeSet(NavigableMap<E, Object> m) {this.m = m;}public boolean add(E e) {//调用的是TreeMap中的put方法，应当去TreeMap中分析put方法的源码return m.put(e, PRESENT) == null;}
}class TreeMap implements Map {//比较器private final Comparator<? super K> comparator;//根节点private transient Entry<K, V> root;//树的大小//TreeMap底层是一个红黑树，所以属性会有root和sizeprivate transient int size = 0;public TreeMap() {comparator = null;}public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {this.comparator = comparator;}public V put(K key, V value) {Entry<K, V> t = root;//建树if (t == null) {compare(key, key); // type (and possibly null) checkroot = new Entry<>(key, value, null);size = 1;modCount++;return null;}int cmp;Entry<K, V> parent;// split comparator and comparable pathsComparator<? super K> cpr = comparator;// 传入比较器if (cpr != null) {do {parent = t;cmp = cpr.compare(key, t.key);if (cmp < 0)t = t.left;else if (cmp > 0)t = t.right;elsereturn t.setValue(value); // 更新value,并把原来的value返回} while (t != null);}// 没有传入比较器else {// key不能为null，因为null不能进行比较if (key == null)throw new NullPointerException();// 要求元素必须实现Comparable接口，所以将形参key强转@SuppressWarnings("unchecked")Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;do {parent = t;cmp = k.compareTo(t.key);if (cmp < 0)t = t.left;else if (cmp > 0)t = t.right;elsereturn t.setValue(value); //更新value,并把原来的value返回} while (t != null);}// 插入结点Entry<K, V> e = new Entry<>(key, value, parent);if (cmp < 0)parent.left = e;elseparent.right = e;// 重新调整平衡fixAfterInsertion(e);size++;modCount++;return null;}
}

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因为TreeSet的底层实现是红黑树，所以他有一些其他Set所没有的方法：

  • E ceiling(E e)
    返回此 set 中大于等于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。
  • E floor(E e)
    返回此 set 中小于等于给定元素的最大元素；如果不存在这样
  • E pollFirst()
    获取并移除第一个（最低）元素；如果此 set 为空，则返回 null。
  • E pollLast()
    获取并移除最后一个（最高）元素；如果此 set 为空，则返回 null。
  • E first()
    返回此 set 中当前第一个（最低）元素。
  • E last()
    返回此 set 中当前最后一个（最高）元素。
  • E higher(E e)
    返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。
  • E lower(E e)
    返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。

另外，TreeSet还有几个视图技术的方法：

  • SortedSet subSet(E fromElement, E toElement)
    返回此 set 的部分视图，其元素从 fromElement（包括）到 toElement（不包括）。
public class TreeSetDemo03 {public static void main(String[] args) {TreeSet<Character> set = new TreeSet<>();set.add('A');set.add('B');set.add('C');set.add('D');set.add('F');set.add('K');set.add('X');// E ceiling(E e)/*System.out.println(set.ceiling('C')); // CSystem.out.println(set.ceiling('E')); // FSystem.out.println(set.ceiling('Z')); // null*/// E floor(E e)/*System.out.println(set.floor('C')); // CSystem.out.println(set.floor('E')); // DSystem.out.println(set.floor('0')); // null*/// E higher(E e)/*System.out.println(set.higher('C')); // DSystem.out.println(set.higher('E')); // FSystem.out.println(set.higher('Z')); // null*/// E lower(E e)/*System.out.println(set.lower('C')); // BSystem.out.println(set.lower('E')); // DSystem.out.println(set.lower('0')); // null*/// E first()/* System.out.println(set.first()); // 'A'System.out.println(set);*/// E last()/*System.out.println(set.last()); // 'X'System.out.println(set);*/// E pollFirst()/*System.out.println(set.pollFirst());System.out.println(set);*/// E pollLast()/* System.out.println(set.pollLast());System.out.println(set);*/// NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive)// 视图技术NavigableSet<Character> subSet = set.subSet('C', false, 'L', true);System.out.println(subSet);subSet.pollFirst();System.out.println(subSet);System.out.println(set);}
}

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练习：录入5个学生信息 (姓名，语文成绩，数学成绩，英语成绩)，并按照指定的格式，总分从高到低，输出到文件。

思路：
1.创建学生类
2.创建学生对象
3.添加到TreeSet中，按照总分从高到低进行排序
4.把TreeSet中的学生信息输出到文件

Student类：

package com.cskaoyan.exercise;public class Student {private String name;private int chinese;private int math;private int english;public Student() {}public Student(String name, int chinese, int math, int english) {this.name = name;this.chinese = chinese;this.math = math;this.english = english;}public String getName() {return name;}public int getChinese() {return chinese;}public int getMath() {return math;}public int getEnglish() {return english;}public int totalScore() {return chinese + math + english;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", chinese=" + chinese +", math=" + math +", english=" + english +'}';}
}

测试类：

package com.cskaoyan.exercise;import com.cskaoyan.set.Student;
import com.cskaoyan.set.TreeSetDemo01;import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;/*** @author shihao* @create 2020-05-22 21:08*/
public class ex1 {public static void main(String[] args) {Student2 s1 = new Student2("刘亦菲", 100, 100, 100);Student2 s2 = new Student2("迪丽热巴", 90, 90, 90);Student2 s3 = new Student2("古力娜扎", 90, 90, 90);Student2 s4 = new Student2("佟丽娅", 95, 95, 95);TreeSet<Student2> set = new TreeSet<>(new Comparator<Student2>() {@Overridepublic int compare(Student2 s1, Student2 s2) {int cmp = s2.totalScore() - s1.totalScore();//总分相同，根据语文成绩排cmp = cmp != 0 ? cmp : s2.getChinese() - s1.getChinese();//总分相同，语文成绩相同，根据数学成绩排cmp = cmp != 0 ? cmp : s2.getChinese() - s1.getChinese();//总分相同，语文成绩相同，数学成绩相同，根据英语成绩排cmp = cmp != 0 ? cmp : s2.getChinese() - s1.getChinese();//都相同，根据名字排cmp = cmp != 0 ? cmp : s2.getName().compareTo(s1.getName());return cmp;}});set.add(s1);set.add(s2);set.add(s3);set.add(s4);System.out.println(set.size());System.out.println(set);//把TreeSet中的学生信息输出到文件//try with source格式，将定义的流写在try()的括号里try (PrintWriter out = new PrintWriter(new FileWriter("Student.txt"))) {out.println("姓名\t语文\t数学\t英语\t总分");//foreach循环for (Student2 s : set) {out.println(s.getName() + "\t" + s.getChinese() + "\t" + s.getMath() +"\t" + s.getEnglish() + "\t" + s.totalScore());}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

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至此，Collection接口就讲完了
Collection小结：

Collection|-- List|-- ArrayList|-- Vecotor|-- Stack|-- LinkedList|-- Set|-- HashSet|-- LinkedHashSet|-- TreeSet|-- Queue|--Deque|--LinkedList

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作业：

  1. LeetCode之找不同
  2. LeetCode之拼写单词

这篇关于week07_day05_Set的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/451348。

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