【数据结构】Map与Set

前言

    前两篇文章我们研究了二叉搜索树与哈希表的结构与特点，他们二者是Map与Set这两个接口实现的底层结构，他们利用了搜索树与哈希表查找效率高这一特点，是一种专门用来进行搜索操作的容器或数据结构。本篇文章就让我们一起来梳理这两个接口的特性与用法吧

在介绍这两个接口前先说明一下Key-value模型吧：

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

一、Map

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。

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。

注意：Map.Entry<K,V>并没有提供设置Key的方法

Map 的常用方法说明

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。

HashMap的简单实现：

public class HashBuck2<K,V> {static class Node<K,V> {public K key;public V val;public Node<K,V> next;public Node(K key,V val) {this.key = key;this.val = val;}}public Node<K,V>[] array = (Node<K,V>[])new Node[10];//public Node<K,V>[] array = new Node<K,V>[10];public int usedSize;public double loadFactor = 0.75;public void put(K key,V val) {int hash = key.hashCode();int index = hash % array.length;Node<K,V> cur = array[index];//1. 遍历当前链表 是否存在当前值while (cur != null) {if(cur.key.equals(key)) {cur.val = val;return;}cur = cur.next;}//2. 说明 没有当前值，此时进行 头插Node<K,V> node = new Node<K,V>(key,val);node.next = array[index];array[index] = node;usedSize++;}public V get(K key) {int hash = key.hashCode();int index = hash % array.length;Node<K,V> cur = array[index];//1. 遍历当前链表 是否存在当前值while (cur != null) {if(cur.key.equals(key)) {return cur.val;}cur = cur.next;}return null;}
}

TreeMap使用示例：

import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;
public static void TestMap(){Map<String, String> m = new TreeMap<>();
// put(key, value):插入key-value的键值对
// 如果key不存在，会将key-value的键值对插入到map中,返回nullm.put("林冲", "豹子头");m.put("鲁智深", "花和尚");m.put("武松", "行者");m.put("宋江", "及时雨");String str = m.put("李逵", "黑旋风");System.out.println(m.size());System.out.println(m);
// put(key,value): 注意key不能为空，但是value可以为空
// key如果为空，会抛出空指针异常
//m.put(null, "花名");str = m.put("无名", null);System.out.println(m.size());
// put(key, value):
// 如果key存在，会使用value替换原来key所对应的value，返回旧valuestr = m.put("李逵", "铁牛");
// get(key): 返回key所对应的value
// 如果key存在，返回key所对应的value
// 如果key不存在，返回nullSystem.out.println(m.get("鲁智深"));System.out.println(m.get("史进"));
//GetOrDefault(): 如果key存在，返回与key所对应的value，如果key不存在，返回一个默认值System.out.println(m.getOrDefault("李逵", "铁牛"));System.out.println(m.getOrDefault("史进", "九纹龙"));System.out.println(m.size());
//containKey(key)：检测key是否包含在Map中，时间复杂度：O(logN)
// 按照红黑树的性质来进行查找
// 找到返回true，否则返回falseSystem.out.println(m.containsKey("林冲"));System.out.println(m.containsKey("史进"));
// containValue(value): 检测value是否包含在Map中，时间复杂度: O(N)
// 找到返回true，否则返回falseSystem.out.println(m.containsValue("豹子头"));System.out.println(m.containsValue("九纹龙"));
// 打印所有的key
// keySet是将map中的key防止在Set中返回的for(String s : m.keySet()){System.out.print(s + " ");}System.out.println();
// 打印所有的value
// values()是将map中的value放在collect的一个集合中返回的for(String s : m.values()){System.out.print(s + " ");}System.out.println();
// 打印所有的键值对
// entrySet(): 将Map中的键值对放在Set中返回了for(Map.Entry<String, String> entry : m.entrySet()){System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());}System.out.println();
}

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二、Set

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。

常见方法说明

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。

TreeSet使用示例：

import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public static void TestSet(){Set<String> s = new TreeSet<>();// add(key): 如果key不存在，则插入，返回ture// 如果key存在，返回falseboolean isIn = s.add("apple");s.add("orange");s.add("peach");s.add("banana");System.out.println(s.size());System.out.println(s);isIn = s.add("apple");// add(key): key如果是空，抛出空指针异常//s.add(null);// contains(key): 如果key存在，返回true，否则返回falseSystem.out.println(s.contains("apple"));System.out.println(s.contains("watermelen"));// remove(key): key存在，删除成功返回true// key不存在，删除失败返回false// key为空，抛出空指针异常s.remove("apple");System.out.println(s);s.remove("watermelen");System.out.println(s);Iterator<String> it = s.iterator();while(it.hasNext()){System.out.print(it.next() + " ");}System.out.println();
}

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总结

    Map与Set这两个接口由于出色的查找效率，为之后的一些算法题中在优化时间上发挥着重要的作用，不过由于创建需要开辟大量空间，是典型的空间换时间，在实际应用中应该根据需要选用。还是哪句话，没有最好的数据结构，只有最适合的数据结构。

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