Java基础:集合-Set与HashSet原理

目录

Set集合

Set集合概述和特点【应用】

Set集合的使用【应用】

TreeSet集合

TreeSet集合概述和特点【应用】

TreeSet集合基本使用【应用】

自然排序Comparable的使用【应用】

比较器排序Comparator的使用【应用】

两种比较方式总结【理解】

数据结构

二叉树【理解】

二叉查找树【理解】

平衡二叉树【理解】

红黑树【理解】

成绩排序案例【应用】

HashSet集合

HashSet集合概述和特点【应用】

HashSet集合的基本应用【应用】

哈希值【理解】

哈希表结构【理解】

HashSet集合存储学生对象并遍历【应用】


Set集合

Set集合概述和特点【应用】

  • 不可以存储重复元素

  • 没有索引,不能使用普通for循环遍历

Set集合的使用【应用】

存储字符串并遍历

public class MySet1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        Set set = new TreeSet<>();
        //添加元素
        set.add("ccc");
        set.add("aaa");
        set.add("aaa");
        set.add("bbb");
​
//        for (int i = 0; i < set.size(); i++) {
//            //Set集合是没有索引的,所以不能使用通过索引获取元素的方法
//        }
      
        //遍历集合
        Iterator it = set.iterator();
        while (it.hasNext()){
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
        System.out.println("-----------------------------------");
        for (String s : set) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

TreeSet集合

TreeSet集合概述和特点【应用】

  • 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

TreeSet集合基本使用【应用】

存储Integer类型的整数并遍历

public class TreeSetDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        TreeSet ts = new TreeSet();
​
        //添加元素
        ts.add(10);
        ts.add(40);
        ts.add(30);
        ts.add(50);
        ts.add(20);
​
        ts.add(30);
​
        //遍历集合
        for(Integer i : ts) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

自然排序Comparable的使用【应用】

  • 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{
        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 String toString() {
            return "Student{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    ​
        @Override
        public int compareTo(Student o) {
            //按照对象的年龄进行排序
            //主要判断条件: 按照年龄从小到大排序
            int result = this.age - o.age;
            //次要判断条件: 年龄相同时,按照姓名的字母顺序排序
            result = result == 0 ? this.name.compareTo(o.getName()) : result;
            return result;
        }
    }

    测试类

    public class MyTreeSet2 {
        public static void main(String[] args) {
            //创建集合对象
            TreeSet ts = new TreeSet<>();
            //创建学生对象
            Student s1 = new Student("zhangsan",28);
            Student s2 = new Student("lisi",27);
            Student s3 = new Student("wangwu",29);
            Student s4 = new Student("zhaoliu",28);
            Student s5 = new Student("qianqi",30);
            //把学生添加到集合
            ts.add(s1);
            ts.add(s2);
            ts.add(s3);
            ts.add(s4);
            ts.add(s5);
            //遍历集合
            for (Student student : ts) {
                System.out.println(student);
            }
        }
    }

比较器排序Comparator的使用【应用】

  • 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

    public class MyTreeSet4 {
        public static void main(String[] args) {
            //创建集合对象
            TreeSet ts = new TreeSet<>(new Comparator() {
                @Override
                public int compare(Teacher o1, Teacher o2) {
                    //o1表示现在要存入的那个元素
                    //o2表示已经存入到集合中的元素
                  
                    //主要条件
                    int result = o1.getAge() - o2.getAge();
                    //次要条件
                    result = result == 0 ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : result;
                    return result;
                }
            });
            //创建老师对象
            Teacher t1 = new Teacher("zhangsan",23);
            Teacher t2 = new Teacher("lisi",22);
            Teacher t3 = new Teacher("wangwu",24);
            Teacher t4 = new Teacher("zhaoliu",24);
            //把老师添加到集合
            ts.add(t1);
            ts.add(t2);
            ts.add(t3);
            ts.add(t4);
            //遍历集合
            for (Teacher teacher : ts) {
                System.out.println(teacher);
            }
        }
    }

两种比较方式总结【理解】

  • 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

数据结构

二叉树【理解】

  • 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

    Java基础:集合-Set与HashSet原理

二叉查找树【理解】

  • 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

    Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 二叉查找树和二叉树对比结构图

    Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 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

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平衡二叉树【理解】

  • 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

      Java基础:集合-Set与HashSet原理

      Java基础:集合-Set与HashSet原理

    • 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

        Java基础:集合-Set与HashSet原理

        Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 平衡二叉树和二叉查找树对比结构图

    Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 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

        Java基础:集合-Set与HashSet原理

    • 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

        Java基础:集合-Set与HashSet原理

    • 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

        Java基础:集合-Set与HashSet原理

    • 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

        Java基础:集合-Set与HashSet原理

红黑树【理解】

  • 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

      Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 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

      Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 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

成绩排序案例【应用】

  • 案例需求

    • 用TreeSet集合存储多个学生信息(姓名,语文成绩,数学成绩,英语成绩),并遍历该集合

    • 要求: 按照总分从高到低出现

  • 代码实现

    学生类

    public class Student implements Comparable {
        private String name;
        private int chinese;
        private int math;
        private int english;
    ​
        public Student() {
        }
    ​
        public Student(String name, int chinese, int math, int english) {
            this.name = name;
            this.chinese = chinese;
            this.math = math;
            this.english = english;
        }
    ​
        public String getName() {
            return name;
        }
    ​
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    ​
        public int getChinese() {
            return chinese;
        }
    ​
        public void setChinese(int chinese) {
            this.chinese = chinese;
        }
    ​
        public int getMath() {
            return math;
        }
    ​
        public void setMath(int math) {
            this.math = math;
        }
    ​
        public int getEnglish() {
            return english;
        }
    ​
        public void setEnglish(int english) {
            this.english = english;
        }
    ​
        public int getSum() {
            return this.chinese + this.math + this.english;
        }
    ​
        @Override
        public int compareTo(Student o) {
            // 主要条件: 按照总分进行排序
            int result = o.getSum() - this.getSum();
            // 次要条件: 如果总分一样,就按照语文成绩排序
            result = result == 0 ? o.getChinese() - this.getChinese() : result;
            // 如果语文成绩也一样,就按照数学成绩排序
            result = result == 0 ? o.getMath() - this.getMath() : result;
            // 如果总分一样,各科成绩也都一样,就按照姓名排序
            result = result == 0 ? o.getName().compareTo(this.getName()) : result;
            return result;
        }
    }

    测试类

    public class TreeSetDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建TreeSet集合对象,通过比较器排序进行排序
            TreeSet ts = new TreeSet();
            //创建学生对象
            Student s1 = new Student("jack", 98, 100, 95);
            Student s2 = new Student("rose", 95, 95, 95);
            Student s3 = new Student("sam", 100, 93, 98);
            //把学生对象添加到集合
            ts.add(s1);
            ts.add(s2);
            ts.add(s3);
    ​
            //遍历集合
            for (Student s : ts) {
                System.out.println(s.getName() + "," + s.getChinese() + "," + s.getMath() + "," + s.getEnglish() + "," + s.getSum());
            }
        }
    }

HashSet集合

HashSet集合概述和特点【应用】

  • 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

HashSet集合的基本应用【应用】

存储字符串并遍历

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        HashSet set = new HashSet();
​
        //添加元素
        set.add("hello");
        set.add("world");
        set.add("java");
        //不包含重复元素的集合
        set.add("world");
​
        //遍历
        for(String s : set) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

哈希值【理解】

  • 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

哈希表结构【理解】

  • JDK1.8以前

    数组 + 链表

    Java基础:集合-Set与HashSet原理

  • 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

    Java基础:集合-Set与HashSet原理

HashSet集合存储学生对象并遍历【应用】

  • 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;
        }
    ​
        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

    public class HashSetDemo02 {
        public static void main(String[] args) {
            //创建HashSet集合对象
            HashSet hs = new HashSet();
    ​
            //创建学生对象
            Student s1 = new Student("林青霞", 30);
            Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
            Student s3 = new Student("王祖贤", 33);
    ​
            Student s4 = new Student("王祖贤", 33);
    ​
            //把学生添加到集合
            hs.add(s1);
            hs.add(s2);
            hs.add(s3);
            hs.add(s4);
    ​
            //遍历集合(增强for)
            for (Student s : hs) {
                System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
            }
        }
    }
  • 总结

    HashSet集合存储自定义类型元素,要想实现元素的唯一,要求必须重写hashCode方法和equals方法

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