【数据结构趣味多】Map和Set

 1.概念及场景

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。

在此之前，我还接触过直接查询O(N)和二分查询O(logN)，这两个查询有很多不足之出，直接查询的速率太低，而二分查询在使用时要求序列是有序的。

例如：

1.  根据姓名查询考试成绩
2. 通讯录，即根据姓名查询联系方式
3. 不重复集合，即需要先搜索关键字是否已经在集合中

可能在查找时进行一些插入和删除的操作，即动态查找，那上述两种方式就不太适合了。

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：

1. 纯 key 模型，比如：

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

2. Key-Value 模型，比如：

• 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>
• 梁山好汉的江湖绰号：每个好汉都有自己的江湖绰号

而Map中存储的就是key-value的键值对，Set中只存储了Key 

 3.Map的使用

 

3.1关于Map的说明

Map是一个接口类，该类没有继承自Collection，该类中存储的是<K,V>结构的键值对，并且K一定是唯一的，不能重复。

将元素输入到Map当中：

 public static void main(String[] args) {Map<Character,Integer> map=new HashMap<>();char[] testCh={'A','B','D','A','E','H'};for (char ch:testCh) {//如果输入的这个key是空，就让他value等于1if(map.get(ch) == null) {map.put(ch,1);}else {//如果输入的这个key是不为空，就让他value加1int val = map.get(ch);map.put(ch,val+1);}}}

3.2 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。

方法	解释
K getKey()	返回 entry 中的 key
V getValue()	返回 entry 中的 value
V setValue(V value)	将键值对中的value替换为指定value

public static void main(String[] args) {Map<Character,Integer> map=new HashMap<>();char[] testCh={'A','B','D','A','E','H'};for (char ch:testCh) {if(map.get(ch) == null) {map.put(ch,1);}else {int val = map.get(ch);map.put(ch,val+1);}}// getValue()和 getKey()方法的使用//以及Entry的使用方法for (Map.Entry x:map.entrySet()) {System.out.println("key:" + x.getKey()+ " "+ "value:"+ x.getValue());}}

 

注意：Map.Entry<K,V>并没有提供设置Key的方法

3.3 Map 的常用方法说明

方法（返回值类型  函数命）	解释
V get(Object key)	返回 key 对应的 value
V getOrDefault(Object key, V defaultValue)	返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值
V put(K key, V value)	设置 key 对应的 value
V remove(Object key)	删除 key 对应的映射关系
Set<K>  keySet()	返回所有 key 的不重复集合
Collection<V>  values()	返回所有 value 的可重复集合
Set<Map.Entry<K, V>>  entrySet()	返回所有的 key-value 映射关系
boolean containsKey(Object key)	判断是否包含 key
boolean containsValue(Object value)	判断是否包含value

public static void main(String[] args) {Map<Character,Integer> map=new HashMap<>();char[] testCh={'A','B','D','A','E','H'};for (char ch:testCh) {if(map.get(ch) == null) {map.put(ch,1);}else {int val = map.get(ch);map.put(ch,val+1);}}System.out.println("get()方法  Map中有key值"+" "+ map.get('A'));System.out.println("get()方法  Map中没有有key值"+" "+ map.get('F'));System.out.println("getOrDefault(Object key, V defaultValue)方法 存在返回value"+map.getOrDefault('A',10));System.out.println("getOrDefault(Object key, V defaultValue)方法 不存在返回默认值"+map.getOrDefault('F',10));map.put('A',11);System.out.println("put() 设置key的value值"+" 现在A的值"+map.get('A'));System.out.println("删除前"+map);map.remove('B');System.out.println("删除后"+map);Set a= map.keySet();System.out.println("所有 key 的不重复集合 "+a);for (Map.Entry x:map.entrySet()) {System.out.println("key:" + x.getKey()+ " "+ "value:"+ x.getValue());}System.out.println("判断是否包含key(包含ture  不包含false)"+" "+map.containsKey('A'));System.out.println("判断是否包含key(包含ture  不包含false)"+" "+map.containsValue(11));}

 运行结果：

注意：

1. 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。
2. Map中存放键值对的Key是唯一的，value是可以重复的。
3. 在TreeMap中插入键值对时，key不能为空，否则就会抛NullPointerException异常，value可以为空。但是HashMap的key和value都可以为空。
4. 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)。
5. 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)。
6. 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。
7. 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(1)
是否有序	关于Key有序	无序
线程安全	不安全	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

4.Set 的说明

Set与Map主要的不同有两点：Set是继承自Collection的接口类，Set中只存储了Key。 

4.1常见方法说明

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

public static void main(String[] args) {Set<Integer> set=new HashSet<>();int[] testArray={1,2,3,2,4,5,2,22,113,5,2,1};//add()函数使用for (int x:testArray) {set.add(x);}System.out.println("判断 o 是否在集合中(包含ture  不包含false)"+" "+set.contains(2));System.out.println("删除前"+" "+set);System.out.println("删除集合中的 o"+" "+set.remove(113));System.out.println("删除后"+" "+set);System.out.println("返回set中元素的个数:"+set.size());System.out.println("检测set是否为空(空返回true，否则返回false)"+" "+set.isEmpty());}

  运行结果：

 

 

注意：

1. Set是继承自Collection的一个接口类
2. Set中只存储了key，并且要求key一定要唯一
3. TreeSet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
4. Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重
5. 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。
6. 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
7. TreeSet中不能插入null的key，HashSet可以。
8. TreeSet和HashSet的区

Set底层结构	TreeSet	HashSet
底层结构	红黑树	哈希桶
插入/删除/查找时间 复杂度	O(1)
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是否有序不关心，需要更高的 时间性