【数据结构】mapset详解

🍁1. Set系列集合

Set接口是一种不包含重复元素的集合。它继承自Collection接口，所以可以使用Collection所拥有的方法，Set接口的实现类主要有HashSet、LinkedHashSet、TreeSet等，它们各自以不同的方式存储元素，但都遵循Set接口的规定。

• 当你需要确保集合中的元素唯一时。
• 当你不需要保持元素的插入顺序时（除非使用LinkedHashSet）。
• 当你需要元素自然排序或根据自定义排序规则排序时（使用TreeSet）。

🍁1.1 HashSet 

当用HashSet实例化对象时，由于底层结构是哈希表，所以元素是无序的，而TreeSet底层是红黑树，是有序的

 由于Set系列集合里面不能有重复的元素，在之前我们也了解到，add方法的返回值是boolean类型的，当遇到重复元素，第二次添加就会添加失败

并且Set集合没有索引的概念，不能通过下标的方式进行遍历打印

 和之前一样，没有索引的集合可以通过迭代器，增强for，lambda表达式进行遍历

        Iterator<String> it = s1.iterator();while (it.hasNext()){System.out.print(it.next() + " ");}System.out.println();for(String s : s1){System.out.print(s + " ");}System.out.println();s1.forEach(new Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String s) {System.out.print(s + " ");}});

 🍁1.2 LinkedHashSet

 LinkedHashSet底层也是哈希表，但是存取元素的顺序是一致的，因为使用了双向链表记录添加顺序

🍁1.3 TreeSet

TreeSet是基于红黑树实现的，TreeSet中的元素处于排序状态，因此查找、添加、删除和遍历等操作都能以对数时间复杂度进行。但是，向TreeSet中添加的元素必须实现Comparable接口，或者在创建TreeSet时提供一个Comparator对象，以确保元素可以被正确地排序。

 排序规则：Integer,Double等数值类型默认按照从小到大的顺序排序，对于字符，字符串类型，按照ASCII码表中的数字进行升排序 

 接下来演示一下，创建自定义类型的TreeSet

例如：给出一个Student类，要求按照学生的年龄排序

首先创建好Student类之后，需要实现Comparable接口，然后重写compareTo和toString方法

public class Student implements Comparable<Student>{public String name;public int age;public Student(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}@Overridepublic int compareTo(Student o) {return this.age - o.age;//this.age表示要添加的元素}
}

 this.age表示要添加的元素，所以如果返回值是负数，表示要添加的元素是小的，存左边，如果是0，表示元素已经存在，直接舍弃

public class Text2 {public static void main(String[] args) {Student s1 = new Student("zhang",18);Student s2 = new Student("wang",20);Student s3 = new Student("li",19);TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<>();treeSet.add(s1);treeSet.add(s2);treeSet.add(s3);System.out.println(treeSet);}
}

 最终，虽然插入时没有按顺序，由于TreeSet底层是红黑树，所以最终也实现了排序的效果

 比较器排序

问题：根据字符串长度比较，长度相同再按字典序比较

        //o1:当前要添加的元素//o2:红黑树中已经存在的元素TreeSet<String> ts = new TreeSet<>(new Comparator<String>() {@Overridepublic int compare(String o1, String o2) {return (o1.length() - o2.length()) == 0 ? o1.compareTo(o2) : o1.length() - o2.length();}});ts.add("bbcd");ts.add("abcde");ts.add("abcd");System.out.println(ts);

也就是在创建对象的时候传入比较器进行比较

🍁2. 单列集合的使用场景分析

介绍完Set系列集合之后，我们的单列集合就都学习完了，接下来分析一下这写集合的使用场景

如果集合中元素可重复：使用ArrayList（基于数组）

如果集合中元素可重复并且用到增删操作多余查询:使用LinkedList

如果需要对集合去重：使用HashSet

如果需要在去重的前提下还要保证存取顺序：使用LinkedHashSet

如果需要对集合中的元素进行排序：使用TreeSet

🍁3. Map系列集合

Map系列的集合称为双列集合

1. 双列集合一次存储一对数据，分别为键和值

2. 键不能重复，值可以重复

3. 键和值是一一对应的，每一个键都对应一个值

4. 键+值整体称为键值对，也叫Entry对象

 和Set集合类似，Map是顶层接口，底下有这些实现类

以下就是Map集合常用的API

🍁3.1 HashMap

HashMap的底层也是哈希表，和之前的HashSet不同，HashMap中，当插入的key相同时，第二次插入会覆盖原来的value值，同时，如果存储的是自定义类型的对象还需要重写HashCode和equals方法

其他方法就不演示了，下面来介绍一下map的遍历

Map的遍历

键找值：调用keySet方法，获取所有的key，把返回值放在Set集合中，再遍历Set集合，通过get方法获取每一个key的value

        //获取所有的键，并放在Set集合中Set<String> set = map.keySet();//遍历set,根据所有的键获取值for(String key:set){int value = map.get(key);System.out.println(key + " = " + value);}

通过键值对对象进行遍历

调用entrySet方法，把所有键值对对象放在Set集合中，再遍历Set集合

 可以看出，Entry是Map接口的一个内部接口，所以需要通过Map.Entry的形式调用，也可以直接导入

import java.util.Map.Entry;

就可以省略Map.

遍历时，可以直接打印Entry对象，也可以通过get的方式获取key和value        

        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();for(Map.Entry<String,Integer> entry : entries){//System.out.println(entry);String s = entry.getKey();Integer i = entry.getValue();System.out.println(s + " = " + i);}

最后还可以通过lambda的形式遍历

        map.forEach(new BiConsumer<String, Integer>() {@Overridepublic void accept(String key, Integer value) {System.out.println(key + " = " + value);}});map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + " = " + value));

🍁3.2 LinkedHashMap

和LinkedHashSet一样，LinkedHashMap存储的键是有序的（存储顺序和取出顺序一样）

🍁3.3 TreeMap

TreeMap和TreeSet底层一样，都是红黑树，根据键进行排序，排序规则也是类似的，对于非数值等类型，可以实现Comparable接口，指定比较规则，也可以传入比较器

🍁4. 面试OJ题练习

🍁4.1 随机链表的复制

138. 随机链表的复制

 也就是下面这种情况

如果说直接对链表节点进行复制是不可以的，因为题目中要求的是深拷贝，所以说拷贝后的 节点可能和原来的地址不一样

思路：遍历原来的链表，每遍历一次都创建一个新的节点，把原来的节点和拷贝的新节点的映射关系使用map存储起来，再通过get方法得到节点，再连接next和random

    public Node copyRandomList(Node head) {Map<Node, Node> map = new LinkedHashMap<>();Node cur = head;while (cur != null) {Node copy = new Node(cur.val);map.put(cur, copy);cur = cur.next;}/*cur = head;while (cur != null) {map.get(cur).next = map.get(cur.next);map.get(cur).random = map.get(cur.random);cur = cur.next;}*/Set<Node> keySet = map.keySet();for (Node curNode : keySet) {map.get(curNode).next = map.get(curNode.next);map.get(curNode).random = map.get(curNode.random);}return map.get(head);}

🍁4.2 宝石与石头 

771. 宝石与石头

 这一题就可以很好的利用Set集合元素不能重复的特性了，如果不用Set集合，把全部元素异或一遍就可以找到了，而且速度更快，这里只是为了练习一下Set集合的使用，只需要把jewels存一个set，再遍历stones，判断是否有set集合里的元素即可

public class Text {public static void main(String[] args) {String jewels = "aA";String stones = "aAABBBBB";System.out.println(numJewelsInStones(jewels, stones));}public static int numJewelsInStones(String jewels, String stones) {Set<Character> set = new HashSet<>();for (int i = 0; i < jewels.length(); i++) {set.add(jewels.charAt(i));}int cnt = 0;for (int i = 0; i < stones.length(); i++) {if (set.contains(stones.charAt(i))) {cnt++;}}return cnt;}
}

🍁4.3 前k个高频单词

692. 前K个高频单词

 思路：前k个高频词，就是经典的topk问题，根据之前我们学到的，就是用小根堆解决，首先统计一下每个单词出现的频率，并通过map存储它们的映射关系，接着创建小根堆，套用之前的模板解决

    public List<String> topKFrequent(String[] words, int k) {Map<String, Integer> map = new HashMap<>();//统计单词个数并存入mapfor (String s : words) {if (map.get(s) == null) {map.put(s, 1);} else {int val = map.get(s);map.put(s, ++val);}}//创建根据map的value创建小根堆PriorityQueue<Map.Entry<String, Integer>> minHeap = new PriorityQueue<>(new Comparator<Map.Entry<String, Integer>>() {@Overridepublic int compare(Map.Entry<String, Integer> o1, Map.Entry<String, Integer> o2) {//相同时根据key创建大根堆，最后反转的时候就可以把字典序靠前的排到前面了if (o1.getValue().compareTo(o2.getValue()) == 0) {return o2.getKey().compareTo(o1.getKey());}return o1.getValue().compareTo(o2.getValue());}});//根据之前讲解的topk问题解决for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {//先把前K个元素加入大根堆if (minHeap.size() < k) {minHeap.offer(entry);} else {Map.Entry<String, Integer> top = minHeap.peek();//堆顶元素频率小于后面的if (top.getValue().compareTo(entry.getValue()) < 0) {minHeap.poll();minHeap.offer(entry);} else if (top.getValue().compareTo(entry.getValue()) == 0) {//堆顶元素等于后面时，堆顶的key字典序大于后面的if (top.getKey().compareTo(entry.getKey()) > 0) {minHeap.poll();minHeap.offer(entry);}}}}ArrayList<String> ans = new ArrayList<>();//把key存入ArrayListfor (int i = 0; i < k; i++) {ans.add(minHeap.poll().getKey());}//题目要求出现频率由高到低，进行翻转Collections.reverse(ans);return ans;}