【java数据结构】map和set

【java数据结构】map和set

• 一、Map和Set的概念以及背景
• • • [1.1 概念](#1.1 概念)
    • [1.2 背景](#1.2 背景)
    • [1.3 模型](#1.3 模型)
• 二、Map
• • • [2.1 Map说明](#2.1 Map说明)
    • [2.2 Map的常用方法](#2.2 Map的常用方法)
• 三、Set
• • • [3.1 Set说明](#3.1 Set说明)
    • [3.2 Set的常用方法](#3.2 Set的常用方法)
• 四、Set和Map的关系

博客最后附有整篇博客的全部代码！！！

一、Map和Set的概念以及背景

1.1 概念

Map和set是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率与其具体的实例化子类有关。

1.2 背景

背景：

到现在为止，当我们要找一个元素的时候，我们可以采取直接遍历的方式，时间复杂度为O（N），或者采用二分查找法，时间复杂度为O(logn)，但这两个搜索方式是要求这组序列是有序的！并且这两种方式比较适合静态类型的查找，即一般不会对区间进行插入和删除操作了。

但现实生活中，我们会遇到这类情况：

1. 根据学生学号找到相应的学生姓名
2. 通讯录中，根据姓名找到电话
3. 抖音带货，根据链接号找到相应的商品

这些情况我们在日常生活中经常遇到，并且会实时更新里面的内容，例如删除，修改，即动态查找，此时，二分查找，以及直接遍历，都不适合了。而 Map 和 Set 是一种适合动态查找的集合容器。

1.3 模型

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。

二、Map

2.1 Map说明

Map的官方文档

Map是一个接口类，但是并没有继承Iterable和Collection接口，它的存储方式是Key-Value 模型<K,V>,并且K是唯一值，不能重复。

2.2 Map的常用方法

介绍Map接口之前，先给大家讲一下Map.Entry<K, V> ，它是Map的内部类。

• 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。
• 注意：Map.Entry<K,V>并没有提供设置Key的方法

Map.Entry<K, V>提供的方法：

这里主要带你了解 Map.Entry<K, V>提供的前三种方法。

        /*
         * getKey() 方法
         * getValue() 方法
         */
        Map<String, Integer> map=new TreeMap<>();
        map.put("李四",5);
        map.put("张三",6);
        map.put("赵六",20);
        
        //map.entrySet()将Map集合变为Set集合
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
        }

       /*
        * setValue(V value) 方法
        */
        Map<String, String> map=new TreeMap<>();
        map.put("key1", "value1");
        map.put("key2", "value2");

        String oldValue = map.put("key1", "newValue1");
        System.out.println("Old Value: " + oldValue); // 输出旧值 value1

        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println("Key: " + entry.getKey() +
                    " Value: " + entry.getValue());
        }

    }

Map的常用方法：

        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("A", 1);
        map.put("B", 2);
        map.put("C", 3);
        // get()方法
        System.out.println(map.get("A"));
        // getOrDefault()方法
        System.out.println(map.getOrDefault("D",-1));

        // remove()方法
        map.put("D",4);
        System.out.println(map);
        map.remove("D");
        System.out.println(map);

        // containsKey()方法
        System.out.println(map.containsKey("A"));//true
        System.out.println(map.containsKey("D"));///false

        // containsValue()方法
        System.out.println(map.containsValue(1));//true
        System.out.println(map.containsValue(5));//false


        // keySet()方法获取所有的键
        Set<String> keys = map.keySet();
        System.out.println("Keys: " + keys);

        // values()方法获取所有的值
        Collection<Integer> values = map.values();
        System.out.println("Values: " + values);

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. 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)。
4. 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)。
5. 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。
6. 在Map中插入键值对时，key不能为空，否则就会抛NullPointerException异常，但是value可以为空

7. TreeMap和HashMap的区别
   

三、Set

3.1 Set说明

Set的官方文档

Set是一个接口，它继承了Iterable和Collection接口，它的存储方式是Key 模型,并且K是唯一值，不能重复。

3.2 Set的常用方法

        Set<String> set = new TreeSet<String>();
        set.add("A");
        set.add("B");
        set.add("C");

        // contains()方法
//        System.out.println(set.contains("A"));//ture
//        System.out.println(set.contains("D"));//false

        // remove()方法
//        set.add("E");
//        System.out.println(set);
//        set.remove("E");
//        System.out.println(set);

        // size()方法
//        System.out.println(set.size());

        // isEmpty()方法
//        System.out.println(set.isEmpty());

        // clear()方法
//        System.out.println(set.size());
//        set.clear();
//        System.out.println(set.size());


        Object[] array = set.toArray();
        System.out.println("Array from set: " + Arrays.toString(array));

        // 创建另一个集合
        Collection<String> collection = Arrays.asList("Banana", "Cherry", "Date");

        // 使用containsAll()方法检查set是否包含集合中的所有元素
        boolean containsAll = set.containsAll(collection);
        System.out.println("是否包含Set集合中所有的元素 " + containsAll);

        // 使用addAll()方法将集合中的元素添加到set中（可以达到去重的效果）
        boolean added = set.addAll(collection);
        System.out.println("将所有元素是否成功添加到set集合中 " + added);
        System.out.println("添加成功后的集合 " + set);
    }

注意：

1. Set是继承自Collection和Iterator的一个接口类，所以它可以通过迭代器打印集合元素
2. Set中只存储了key，并且要求key一定要唯一
3. Set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. Set中不能插入null的key。

8. TreeSet和HashSet的区别：
   

四、Set和Map的关系

1. HashSet：

• 底层数据结构是HashMap。
• 利用HashMap的键来存储元素，由于HashMap的键不允许重复，因此保证了HashSet中元素的唯一性。
• 不保证元素的顺序。

2. LinkedHashSet：

• 底层数据结构是LinkedHashMap。
• 同样利用LinkedHashMap的键来存储元素，保证了元素的唯一性。
• 与HashSet相比，LinkedHashSet保持了元素的插入顺序。

3. TreeSet：

• 底层数据结构是TreeMap（在Java7及之前）或红黑树（在Java 8及之后）。 利用TreeMap的键来存储元素，通过树形结构保证了元素的有序性。
• 元素按照自然顺序或构造时指定的比较器（Comparator）排序。
  上述这三种都是通过Map来实现Set的，但并不是所有Set集合都是通过Map来实现的。

TreeSet底层是通过TreeMap实现的，那add的时候为什么没有value值？

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