Java-TreeSet集合，二叉树

2021-08-31 00:54:36

一、TreeSet

1、TreeSet集合底层实际上是一个TreeMap；TreeMap集合底层是一个二叉树

2、放到TreeSet集合中的元素，等同于放到TreeMap集合key部分了。

3、TreeSet集合存储元素特点：无序不可重复的，但是存储的元素可以自动按照大小顺序排序

 称为：可排序集合。

无序指的是存进去的顺序和取出来的顺序不同，并且没有下标

TreeSet源码存元素：实际上是调用的TreeMap的put方法

public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }


public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }

TreeMap中存元素：

public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check

            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            @SuppressWarnings("unchecked")
                Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }

TreeMap取元素：

public V get(Object key) {
        Entry<K,V> p = getEntry(key);
        return (p==null ? null : p.value);
    }


final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        // Offload comparator-based version for sake of performance
        if (comparator != null)
            return getEntryUsingComparator(key);
        if (key == null)
            throw new NullPointerException();
        @SuppressWarnings("unchecked")
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
        Entry<K,V> p = root;
        while (p != null) {
            int cmp = k.compareTo(p.key);
            if (cmp < 0)
                p = p.left;
            else if (cmp > 0)
                p = p.right;
            else
                return p;
        }
        return null;
    }

测试如下：

public static void main(String[] args) {
        TreeSet<String> set = new TreeSet<>();
        set.add("A");
        set.add("D");
        set.add("F");
        set.add("B");
        set.add("G");
        set.add("E");
        set.add("C");

        for (String str: set) {
            System.out.println(str);
            /*
             A
             B
             C
             D
             E
             F
             G
             */
        }

        // 创建一个TreeSet集合
        TreeSet<String> ts = new TreeSet<>();
        // 添加String
        ts.add("zhangsan");
        ts.add("lisi");
        ts.add("wangwu");
        ts.add("zhangsi");
        ts.add("wangliu");
        // 遍历
        for(String s : ts){
            // 按照字典顺序，升序！
            System.out.println(s);
            /*
            lisi
            wangliu
            wangwu
            zhangsan
            zhangsi
            */
        }

        TreeSet<Integer> ts2 = new TreeSet<>();
        ts2.add(100);
        ts2.add(200);
        ts2.add(900);
        ts2.add(800);
        ts2.add(600);
        ts2.add(10);
        for(Integer elt : ts2){
            // 升序！
            System.out.println(elt);
            /*
            10
            100
            200
            600
            800
            900
            */
        }

二、比较器

1、TreeSet中有两种排序，一个是自然排序，一个是重写compareTo()方法自定义排序。
自然排序可以参考Integer，String等类中的实现。其顺序也是我们常见的“1,2,3,4”，“a,b,c,d”。

2、重写compareTo()方法自定义排序

（1）对自定义的类型来说，TreeSet无法排序， 因为没有指定 自定义类型对象之间的比较规则

 程序运行的时候出现异常：

java.lang.ClassCastException: class com.collection.XX cannot be cast to class

java.lang.Comparable 出现这个异常的原因是： 自定义类型对象没有实现java.lang.Comparable接口

如下：

public class TreeSetCustom {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<TreeSetPerson> set = new TreeSet<>();

        TreeSetPerson p1 = new TreeSetPerson(28);
        TreeSetPerson p2 = new TreeSetPerson(12);
        TreeSetPerson p3 = new TreeSetPerson(24);
        TreeSetPerson p4 = new TreeSetPerson(16);

        set.add(p1);
        set.add(p2);
        set.add(p3);
        set.add(p4);

        for (TreeSetPerson person:set) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

class TreeSetPerson {
    private int age;

    public TreeSetPerson(){

    }

    public TreeSetPerson(int age){
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString(){
        return "TreeSetPerson[age="+ this.age + "]";
    }
}

3、TreeSet集合中元素可排序包括两种方式：

（1）放在集合中的元素实现java.lang.Comparable接口

（2）在构造TreeSet或者TreeMap集合的时候给传一个比较器对象Comparator

TreeSet提供了四种构造器

TreeSet()
TreeSet(Collection< ? extends E> c)
TreeSet(Comparator< ? super E> comparator)
TreeSet(SortedSet< E > s)

（1）实现java.lang.Comparable接口

/**
 compareTo方法的返回值：
    返回0表示相同，value会覆盖
    返回>0，会继续在右子树上找
    返回<0，会继续在左子树上找
*/
public class TreeSetCustom1 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<TreeSetPeople> peopleSet = new TreeSet<>();

        //先按照年龄升序，如果年龄一样的再按照姓名升序
        TreeSetPeople p1 = new TreeSetPeople(20,"张三");
        TreeSetPeople p2 = new TreeSetPeople(12,"李四");
        TreeSetPeople p3 = new TreeSetPeople(24,"王二");
        // 按照字典顺序，升序！
        TreeSetPeople p4 = new TreeSetPeople(18,"赵四");//zhaosi
        TreeSetPeople p5 = new TreeSetPeople(18,"刘三");//liusan
        TreeSetPeople p6 = new TreeSetPeople(16,"钱一");

        peopleSet.add(p1);
        peopleSet.add(p2);
        peopleSet.add(p3);
        peopleSet.add(p4);
        peopleSet.add(p5);
        peopleSet.add(p6);

        for(TreeSetPeople people:peopleSet){
            System.out.println(people);
        }
    }
}

/**
 放在TreeSet集合中的元素需要实现java.lang.Comparable接口。
 实现compareTo方法
 * */
class TreeSetPeople implements Comparable<TreeSetPeople>{
    private int age;
    private String name;

    public TreeSetPeople(){
    }

    public TreeSetPeople(int age,String name){
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString(){
        return "TreeSetPeople[age=" + this.age + "，"
                + "name=" + this.name + "]";
    }

    /**
     * 需要在这个方法中编写排序规则，按照什么进行比较
     * k.compareTo(t.key)
     * 拿着参数k和集合中的每一个k进行比较
     * */
    @Override
    public int compareTo(TreeSetPeople o) {
        if (this.age == o.age){
            return this.name.compareTo(o.name);
        }else {
            return this.age - o.age;
        }
    }
}

（2）比较器对象Comparator

public class TreeSetComparatorTest {
    public static void main(String[] args) {
//        TreeSet<Child> childTreeSets = new TreeSet<>(new ChildComparator());

        TreeSet<Child> childTreeSets = new TreeSet<>(new Comparator<Child>() {
            @Override
            public int compare(Child o1, Child o2) {
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        });

        Child c1 = new Child(10);
        Child c2 = new Child(6);
        Child c3 = new Child(2);
        Child c4 = new Child(8);
        childTreeSets.add(c1);
        childTreeSets.add(c2);
        childTreeSets.add(c3);
        childTreeSets.add(c4);

        for (Child c : childTreeSets){
            System.out.println(c);
        }
    }
}

class Child{
    private int age;

    public Child(int age){
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString(){
        return "Child[age=" + this.age + "]";
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

class ChildComparator implements Comparator<Child>{
    @Override
    public int compare(Child o1, Child o2) {
        return o1.getAge() - o2.getAge();
    }
}

4、Comparable 和 Comparator选择

当比较规则不会发生改变时（比较规则只有1个的时候），可实现Comparable接口

 如果比较规则有多个，并且需要多个比较规则之间频繁切换，可使用Comparator接口

三、二叉树

1、Teet/TreeMap是自平衡二叉树（AVL），遵循左小右大原则存放

      存放是要依靠左小右大原则，存放时，要进行比较

2、遍历二叉树三种方式

（1）前序遍历:根左右

（2）中序遍历:左根右

（3）后序遍历:左右根

注：

前中后说的是“根” 的位置

根在前面是前序；根在中间是中序；根在后面是后序

3、 TreeSet集合/TreeMap集合采用的是：中序遍历方式（左根右）

Iterator迭代器采用的是中序遍历方式

存放的过程就是排序的过程，取出来就是自动按照大小顺序排列的

如下数据：

5        2        8        1        4        7        9        3

在二叉树中表示如下：

Java-TreeSet集合，二叉树

进行中序遍历方式（左跟右） 遍历取出，会得到

1        2        3        4        5（根）        7        8        9

如果想深入的研究二叉树数据结构可查阅数据结构相关书籍

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