[Java知识库] 十三、Java集合容器（二）

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[Java知识库]十三、Java集合容器（二）

一、Set集合

1.1 Set集合概述和特点

不可以存储重复元素
没有索引，不能使用普通for循环遍历

1.2 Set集合的使用

存储字符串并遍历

import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        Set<String> set = new TreeSet<>();
        // 添加元素
        set.add("ccc");
        set.add("aaa");
        set.add("bbb");
        set.add("bbb");  // 不可以存储重复元素

        // 遍历集合
        // 使用迭代器
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
        System.out.println("==========");
        // 使用增强for
        for (String s : set) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

二、TreeSet集合

2.1 TreeSet集合概述和特点

不可以存储重复元素
没有索引
可以将元素按照规则进行排序
- TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序
- TreeSet(Comparator comparator) ：根据指定的比较器进行排序

2.2 TreeSet集合基本使用

存储Integer类型的整数并遍历

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

public class Demo02 {
    /*
        TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序
        TreeSet(Comparator comparator) ：根据指定的比较器进行排序
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 存储Integer类型的整数并遍历
        // TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<>();
        ts.add(10);
        ts.add(20);
        ts.add(40);
        ts.add(30);
        System.out.println(ts);
        for(Integer i : ts){
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println("===========");
        // TreeSet(Comparator comparator) ：根据指定的比较器进行排序
        TreeSet<Integer> ts2 = new TreeSet<>(new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o1 - o2;
            }
        });

        ts.add(10);
        ts.add(50);
        ts.add(20);
        ts.add(30);
        System.out.println(ts);
    }
}

2.3 自然排序Comparable的使用

案例需求
- 存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用无参构造方法
- 要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序
实现步骤
1. 使用空参构造创建TreeSet集合
  - 用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序的
2. 自定义的Student类实现Comparable接口
  - 自然排序，就是让元素所属的类实现Comparable接口，重写compareTo(T o)方法
3. 重写接口中的compareTo方法
  - 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

代码实现

学生类

public class Student implements Comparable<Student> {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }


    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        int result = this.age - o.age;
        result = result == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : result;
        return result;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

测试类

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet();
        ts.add(new Student("zhangsan",23));
        ts.add(new Student("lisi",24));
        ts.add(new Student("wangwu",24));
        ts.add(new Student("abc",24));

        System.out.println(ts);

        for (Student t : ts) {
            System.out.println(t);
        }
        
    }
}

2.4 比较器排序Comparator的使用

案例需求
- 存储老师对象并遍历，创建TreeSet集合使用带参构造方法
- 要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序
实现步骤
- 用TreeSet集合存储自定义对象，带参构造方法使用的是比较器排序对元素进行排序的
- 比较器排序，就是让集合构造方法接收Comparator的实现类对象，重写compare(T o1,T o2)方法
- 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

代码实现

老师类

public class Teacher {
    private String name;
    private int age;

    public Teacher() {
    }

    public Teacher(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Teacher{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

测试类

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

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Teacher> ts = new TreeSet<Teacher>(new Comparator<Teacher>() {
            @Override
            public int compare(Teacher o1, Teacher o2) {
                int result = o1.getAge() - o2.getAge();
                result = result == 0 ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : result;
                return result;
            }
        });
        //创建老师对象
        Teacher t1 = new Teacher("zhangsan", 20);
        Teacher t2 = new Teacher("lisi", 21);
        Teacher t3 = new Teacher("wangwu", 21);
        Teacher t4 = new Teacher("zhaoliu", 20);
        // 添加至TreeSet
        ts.add(t1);
        ts.add(t2);
        ts.add(t3);
        ts.add(t4);

        System.out.println(ts);

    }
}

2.4 两种比较方式总结

两种比较方式小结
- 自然排序：自定义类实现Comparable接口,重写compareTo方法，根据返回值进行排序
- 比较器排序：创建TreeSet对象的时候传递Comparator的实现类对象,重写compare方法，根据返回值进行排序
- 在使用的时候，默认使用自然排序，当自然排序不满足现在的需求时，必须使用比较器排序
两种方式中关于返回值的规则
- 如果返回值为负数，表示当前存入的元素是较小值，存左边
- 如果返回值为0，表示当前存入的元素跟集合中元素重复了，不存
- 如果返回值为正数，表示当前存入的元素是较大值，存右边

三、数据结构

3.1 二叉树

二叉树的特点
- 二叉树中，任意一个节点的度要小于等于2
  - 节点：在树结构中，每一个元素称之为节点
  - 度：每一个节点的子节点数量称之为度
二叉树结构图

3.2 二叉查找树

二叉查找树的特点
- 二叉查找树，又称二叉排序树或者二叉搜索树
- 每一个节点上最多有两个子节点
- 左子树上所有节点的值都小于根节点的值
- 右子树上所有节点的值都大于根节点的值
二叉查找树结构图

在这里插入图片描述

二叉查找树和二叉树对比结构图
二叉查找树添加节点规则
- 小的存左边
- 大的存右边
- 一样的不存

在这里插入图片描述

3.3平衡二叉树

平衡二叉树的特点
- 二叉树左右两个子树的高度差不超过1
- 任意节点的左右两个子树都是一颗平衡二叉树
平衡二叉树旋转
- 旋转触发时机
  - 当添加一个节点之后，该树不再是一颗平衡二叉树
- 左旋
  - 就是将根节点的右侧往左拉，原先的右子节点变成新的父节点，并把多余的左子节点出让，给已经降级的根节点当右子节点

在这里插入图片描述

右旋
- 就是将根节点的左侧往右拉，左子节点变成了新的父节点，并把多余的右子节点出让，给已经降级根节点当左子节点

在这里插入图片描述

平衡二叉树和二叉查找树对比结构图
平衡二叉树旋转的四种情况
- 左左
  - 左左：当根节点左子树的左子树有节点插入，导致二叉树不平衡
  - 如何旋转：直接对整体进行右旋即可

在这里插入图片描述

左右
- 左右：当根节点左子树的右子树有节点插入，导致二叉树不平衡
- 如何旋转：先在左子树对应的节点位置进行左旋，在对整体进行右旋

在这里插入图片描述

右右
- 右右：当根节点右子树的右子树有节点插入，导致二叉树不平衡
- 如何旋转：直接对整体进行左旋即可

在这里插入图片描述

右左
- 右左：当根节点右子树的左子树有节点插入，导致二叉树不平衡
- 如何旋转：先在右子树对应的节点位置进行右旋，在对整体进行左旋

在这里插入图片描述

3.4 红黑树

红黑树的特点
- 平衡二叉B树
- 每一个节点可以是红或者黑
- 红黑树不是高度平衡的，它的平衡是通过"自己的红黑规则"进行实现的
红黑树的红黑规则有哪些
1. 每一个节点或是红色的，或者是黑色的
2. 根节点必须是黑色
3. 如果一个节点没有子节点或者父节点，则该节点相应的指针属性值为Nil，这些Nil视为叶节点,每个叶节点(Nil)是黑色的
4. 如果某一个节点是红色，那么它的子节点必须是黑色（不能出现两个红色节点相连的情况）
5. 对每一个节点，从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点

在这里插入图片描述

红黑树添加节点的默认颜色
- 添加节点时，默认为红色，效率高
红黑树添加节点后如何保持红黑规则
- 根节点位置
  - 直接变为黑色
- 非根节点位置
  - 父节点为黑色
    - 不需要任何操作，默认红色即可
  - 父节点为红色
    - 叔叔节点为红色
      1. 将"父节点"设为黑色，将"叔叔节点"设为黑色
      2. 将"祖父节点"设为红色
      3. 如果"祖父节点"为根节点，则将根节点再次变成黑色
    - 叔叔节点为黑色
      1. 将"父节点"设为黑色
      2. 将"祖父节点"设为红色
      3. 以"祖父节点"为支点进行旋转

四、HashSet集合

4.1HashSet集合概述和特点

底层数据结构是哈希表
存取无序
不可以存储重复元素
没有索引,不能使用普通for循环遍历

4.2HashSet集合的基本应用

存储字符串并遍历

import java.util.HashSet;

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> hs = new HashSet<>();
        hs.add("aaa");
        hs.add("ddd");
        hs.add("ddd");
        hs.add("ccc");
        hs.add("ccc");  // 不可以存储重复元素
        // 没有索引,不能使用普通for循环遍历
        for (String s : hs) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

4.3哈希值

哈希值简介

? 是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值
如何获取哈希值

? Object类中的public int hashCode()：返回对象的哈希码值
哈希值的特点
- 同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的
- 默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。而重写hashCode()方法，可以实现让不同对象的哈希值相同

4.4哈希表结构

JDK1.8以前

? 数组 + 链表
JDK1.8以后
- 节点个数少于等于8个
  
  ? 数组 + 链表
- 节点个数多于8个
  
  ? 数组 + 红黑树

在这里插入图片描述

4.5HashSet集合存储学生对象并遍历

案例需求
- 创建一个存储学生对象的集合，存储多个学生对象，使用程序实现在控制台遍历该集合
- 要求：学生对象的成员变量值相同，我们就认为是同一个对象

代码实现

学生类

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        Student student = (Student) o;

        if (age != student.age) return false;
        return name != null ? name.equals(student.name) : student.name == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}

测试类

import java.util.HashSet;

public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashSet集合对象
        HashSet<Student> hashSet = new HashSet<>();
        Student stu1 = new Student("张三",30);
        Student stu2 = new Student("李四",50);
        Student stu3 = new Student("李四",50);
        Student stu4 = new Student("王五",50);

        // 添加至HashSet
        hashSet.add(stu1);
        hashSet.add(stu2);
        hashSet.add(stu3);
        hashSet.add(stu4);

        for (Student student : hashSet) {
            System.out.println(student);
        }
    }

}