JavaSE学习笔记26-集合（Collection）

集合

Java 中的集合（Collection）是 Java 标准库中非常重要的一部分，用于存储和操作一组对象。Java 集合框架（Java Collections Framework）提供了一套丰富的接口和类，用于处理各种数据结构，如列表、集合、队列、映射等。以下是 Java 集合框架的详细介绍：

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1. 集合框架的核心接口

Java 集合框架的核心接口位于 java.util 包中，主要包括以下几种：

(1) Collection 接口

• 是所有集合类的根接口。

• 定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。

• 主要子接口：

  • List：有序集合，允许重复元素。

  • Set：无序集合，不允许重复元素。

  • Queue：队列，遵循先进先出（FIFO）或优先级规则。

(2) Map 接口

• 存储键值对（key-value pairs）。

• 键不允许重复，值可以重复。

• 主要实现类：

  • HashMap：基于哈希表实现，无序。

  • TreeMap：基于红黑树实现，键有序。

  • LinkedHashMap：基于哈希表和链表实现，保持插入顺序。

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2. 常用集合类

以下是 Java 集合框架中常用的实现类：

(1) List 接口的实现类

• ArrayList：

  • 基于动态数组实现。

  • 支持快速随机访问，但插入和删除元素较慢。

  • 线程不安全。

• LinkedList：

  • 基于双向链表实现。

  • 插入和删除元素较快，但随机访问较慢。

  • 可以用作队列或栈。

• Vector：

  • 类似于 ArrayList，但线程安全。

  • 性能较低，通常不推荐使用。

(2) Set 接口的实现类

• HashSet：

  • 基于哈希表实现。

  • 无序，不允许重复元素。

  • 性能较高。

• TreeSet：

  • 基于红黑树实现。

  • 元素有序（自然顺序或自定义顺序）。

  • 性能略低于 HashSet。

• LinkedHashSet：

  • 基于哈希表和链表实现。

  • 保持插入顺序。

(3) Queue 接口的实现类

• LinkedList：

  • 可以用作队列或双端队列。

• PriorityQueue：

  • 基于堆实现。

  • 元素按优先级排序。

(4) Map 接口的实现类

• HashMap：

  • 基于哈希表实现。

  • 键无序，性能较高。

• TreeMap：

  • 基于红黑树实现。

  • 键有序。

• LinkedHashMap：

  • 基于哈希表和链表实现。

  • 保持插入顺序或访问顺序。

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3. 集合的常用操作

以下是集合的常见操作示例：

(1) List 示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListExample {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Cherry");// 遍历列表for (String fruit : list) {System.out.println(fruit);}// 获取元素System.out.println("第一个元素: " + list.get(0));// 删除元素list.remove("Banana");System.out.println("删除后的列表: " + list);}
}

(2) Set 示例 

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");// 尝试添加重复元素set.add("Apple");// 遍历集合for (String fruit : set) {System.out.println(fruit);}}
}

 (3) Map 示例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class MapExample {public static void main(String[] args) {Map<String, Integer> map = new HashMap<>();map.put("Apple", 10);map.put("Banana", 20);map.put("Cherry", 30);// 遍历映射for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}// 获取值System.out.println("Apple 的数量: " + map.get("Apple"));}
}

4. 集合的线程安全性

• 大多数集合类（如 ArrayList、HashMap）是线程不安全的。

• 如果需要线程安全的集合，可以使用以下方式：

  • Collections.synchronizedList()：将 List 转换为线程安全的集合。

  • Vector：线程安全的 List 实现（不推荐使用）。

  • ConcurrentHashMap：线程安全的 Map 实现。

  • CopyOnWriteArrayList：线程安全的 List 实现。

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5. 集合的排序

• 自然排序：

  • 集合中的元素必须实现 Comparable 接口。

  • 例如：TreeSet 和 TreeMap 会自动对元素进行排序。

• 自定义排序：

  • 使用 Comparator 接口实现自定义排序规则。

  • 例如：Collections.sort(list, comparator)。

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6. 集合的性能比较

集合类	实现方式	随机访问	插入/删除	线程安全	有序性
ArrayList	动态数组	快	慢	不安全	插入顺序
LinkedList	双向链表	慢	快	不安全	插入顺序
HashSet	哈希表	-	快	不安全	无序
TreeSet	红黑树	-	中等	不安全	有序
HashMap	哈希表	快	快	不安全	无序
TreeMap	红黑树	中等	中等	不安全	有序

 练习代码1-平均气温

输入周一到周日七天的温度，输出这周的平均温度，这周温度最高的是哪天，最低的是哪天

使用List接口的ArrayList来存储最高和最低气温

package com.chao.array;
import java.util.*;//输入一周的气温，求平均气温，哪些天大于平均气温，哪些天小于平均气温
public class AverageTemperature {public static void main(String args[ ]) {//声明用到的变量int count;double sum,average;sum=0;double [ ]temperature=new double[7];//创建一个 Scanner 类的对象，用它来获得用户的输入Scanner sc=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入七天的温度(从周一到周日)：");for(count=0;count<temperature.length;count++){System.out.print(getDayOfWeek(count + 1) + "的气温：");//读取用户输入temperature[count]=sc.nextDouble();sum+=temperature[count];}average=sum/7;System.out.println("本周的平均气温为："+average);//寻找最高和最低气温的天数double maxTemp = temperature[0];//最高气温double minTemp = temperature[0];//最低气温List<String> maxDays = new ArrayList<>();maxDays.add("周一");List<String> minDays = new ArrayList<>();minDays.add("周一");for (int i = 0; i < temperature.length; i++) {double current = temperature[i];//处理最高气温if (current > maxTemp) {maxTemp = current;maxDays.clear();maxDays.add(getDayOfWeek(i + 1));} else if (current == maxTemp) {maxDays.add(getDayOfWeek(i + 1));}//处理最低气温if (current < minTemp) {minTemp = current;minDays.clear();minDays.add((getDayOfWeek(i + 1)));} else if (current == minTemp) {minDays.add(getDayOfWeek(i + 1));}}//输出最高气温的天数System.out.print("最高气温出现在：");for (int i = 0; i < maxDays.size(); i++) {if (i > 0) {System.out.println("、");}System.out.println(maxDays.get(i));}
//        System.out.println();// 输出最低气温的天数System.out.print("最低气温出现在：");for (int i = 0; i < minDays.size(); i++) {if (i > 0) {System.out.print("、");}System.out.print(minDays.get(i));}System.out.println();//比较各天气温与平均气温for (count = 0; count < temperature.length; count++) {String dayOfWeek = getDayOfWeek(count + 1);if (temperature[count] < average)System.out.println(dayOfWeek + "的气温低于平均气温");else if (temperature[count] > average)System.out.println(dayOfWeek + "的气温高于平均气温");elseSystem.out.println(dayOfWeek + "的气温等于平均气温");}}// 根据天数返回星期几private static String getDayOfWeek(int day) {switch (day) {case 1:return "周一";case 2:return "周二";case 3:return "周三";case 4:return "周四";case 5:return "周五";case 6:return "周六";case 7:return "周日";default:return "";}}
}

代码整体功能

这段代码的主要功能是：

1. 输入一周七天的气温（从周一到周日）。

2. 计算平均气温。

3. 找出最高气温和最低气温对应的天数。

4. 比较每一天的气温与平均气温，输出哪些天高于、低于或等于平均气温。

5. 输出结果，包括平均气温、最高气温和最低气温对应的天数，以及每一天的气温比较结果。

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代码结构

代码分为以下几个部分：

1. 变量声明和初始化。

2. 输入气温数据。

3. 计算平均气温。

4. 寻找最高气温和最低气温。

5. 输出结果。

6. 辅助方法 getDayOfWeek。

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详细解释

1. 变量声明和初始化

int count;
double sum, average;
sum = 0;
double[] temperature = new double[7];

• count：用于循环计数。

• sum：用于累加七天气温的总和。

• average：用于存储平均气温。

• temperature：一个长度为7的数组，用于存储每天的气温（从周一到周日）。

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2. 输入气温数据

Scanner sc = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入七天的温度（从周一到周日）：");for (count = 0; count < temperature.length; count++) {System.out.print(getDayOfWeek(count + 1) + "的气温：");temperature[count] = sc.nextDouble();sum += temperature[count];
}

• Scanner sc = new Scanner(System.in)：创建一个 Scanner 对象，用于从控制台读取用户输入。

• System.out.println("请输入七天的温度（从周一到周日）：")：提示用户输入七天的气温。

• for 循环：

  • 循环7次（temperature.length 为7），依次输入每天的气温。

  • getDayOfWeek(count + 1)：调用辅助方法 getDayOfWeek，将天数（1到7）转换为星期几（如“星期一”）。

  • System.out.print(getDayOfWeek(count + 1) + "的气温：")：动态生成每一天的输入提示（如“星期一的气温：”）。

  • temperature[count] = sc.nextDouble()：读取用户输入的气温，并存储到 temperature 数组中。

  • sum += temperature[count]：累加每天的气温，用于后续计算平均气温。

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3. 计算平均气温

average = sum / 7;
System.out.println("平均气温为：" + average);

• average = sum / 7：计算七天的平均气温。

• System.out.println("平均气温为：" + average)：输出平均气温。

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4. 寻找最高气温和最低气温

double maxTemp = temperature[0];
double minTemp = temperature[0];
List<String> maxDays = new ArrayList<>();
maxDays.add(getDayOfWeek(1));
List<String> minDays = new ArrayList<>();
minDays.add(getDayOfWeek(1));for (int i = 1; i < temperature.length; i++) {double current = temperature[i];// 处理最高气温if (current > maxTemp) {maxTemp = current;maxDays.clear();maxDays.add(getDayOfWeek(i + 1));} else if (current == maxTemp) {maxDays.add(getDayOfWeek(i + 1));}// 处理最低气温if (current < minTemp) {minTemp = current;minDays.clear();minDays.add(getDayOfWeek(i + 1));} else if (current == minTemp) {minDays.add(getDayOfWeek(i + 1));}
}

• maxTemp 和 minTemp：分别用于存储最高气温和最低气温的初始值（初始值为第一天的气温）。

• maxDays 和 minDays：分别用于存储最高气温和最低气温对应的天数（星期几）。

• for 循环：

  • 从第二天开始遍历气温数组。

  • 处理最高气温：

    • 如果当前气温 current 大于 maxTemp，则更新 maxTemp，并清空 maxDays 列表，将当前天数加入列表。

    • 如果当前气温等于 maxTemp，则将当前天数加入 maxDays 列表。

  • 处理最低气温：

    • 如果当前气温 current 小于 minTemp，则更新 minTemp，并清空 minDays 列表，将当前天数加入列表。

    • 如果当前气温等于 minTemp，则将当前天数加入 minDays 列表。

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5. 输出结果

// 输出最高气温的天数
System.out.print("最高气温出现在：");
for (int i = 0; i < maxDays.size(); i++) {if (i > 0) {System.out.print("、");}System.out.print(maxDays.get(i));
}
System.out.println();// 输出最低气温的天数
System.out.print("最低气温出现在：");
for (int i = 0; i < minDays.size(); i++) {if (i > 0) {System.out.print("、");}System.out.print(minDays.get(i));
}
System.out.println();// 比较各天气温与平均气温
for (count = 0; count < temperature.length; count++) {String dayOfWeek = getDayOfWeek(count + 1);if (temperature[count] < average)System.out.println(dayOfWeek + "的气温低于平均气温");else if (temperature[count] > average)System.out.println(dayOfWeek + "的气温高于平均气温");elseSystem.out.println(dayOfWeek + "的气温等于平均气温");
}

• 输出最高气温的天数：

  • 遍历 maxDays 列表，输出所有最高气温对应的星期几。

  • 如果有多天，用顿号（“、”）分隔。

• 输出最低气温的天数：

  • 遍历 minDays 列表，输出所有最低气温对应的星期几。

  • 如果有多天，用顿号（“、”）分隔。

• 比较各天气温与平均气温：

  • 遍历气温数组，依次比较每一天的气温与平均气温。

  • 根据比较结果，输出“低于”、“高于”或“等于”平均气温。

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6. 辅助方法 getDayOfWeek

private static String getDayOfWeek(int day) {switch (day) {case 1:return "星期一";case 2:return "星期二";case 3:return "星期三";case 4:return "星期四";case 5:return "星期五";case 6:return "星期六";case 7:return "星期日";default:return "";}
}

• 功能：将天数（1到7）转换为对应的星期几（如“星期一”）。

• 实现：

  • 使用 switch 语句，根据输入的 day 值返回对应的星期几。

  • 如果 day 不在1到7范围内，返回空字符串（不会发生，因为输入已经限制为7天）。

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总结

这段代码通过以下步骤实现了功能：

1. 输入数据：动态生成中文提示词，逐天输入气温。

2. 计算平均气温：累加气温并计算平均值。

3. 寻找最高和最低气温：遍历数组，记录最高和最低气温及其对应的天数。

4. 输出结果：格式化输出平均气温、最高气温和最低气温的天数，以及每一天的气温比较结果。