在Java中如何高效的判斷數組中是否包含某個元素

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如何檢查一個數組(無序)是否包含一個特定的值？這是一個在Java中經常用到的並且非常有用的操作。同時，這個問題在Stack Overflow中也是一個非常熱門的問題。在投票比較高的幾個答案中給出了幾種不同的方法，但是他們的時間複雜度也是各不相同的。本文將分析幾種常見用法及其時間成本。

檢查數組是否包含某個值的方法

使用List

public static boolean useList(String[] arr, String targetValue) {
    return Arrays.asList(arr).contains(targetValue);
}

使用Set

public static boolean useSet(String[] arr, String targetValue) {
    Set<String> set = new HashSet<String>(Arrays.asList(arr));
    return set.contains(targetValue);
}

使用循環判斷

public static boolean useLoop(String[] arr, String targetValue) {
    for(String s: arr){
        if(s.equals(targetValue))
            return true;
    }
    return false;
}

使用Arrays.binarySearch()

Arrays.binarySearch()方法只能用於有序數組！！！如果數組無序的話得到的結果就會很奇怪。

查找有序數組中是否包含某個值的用法如下：

public static boolean useArraysBinarySearch(String[] arr, String targetValue) { 
    int a =  Arrays.binarySearch(arr, targetValue);
    if(a > 0)
        return true;
    else
        return false;
}

時間複雜度

下面的代碼可以大概的得出各種方法的時間成本。基本思想就是從數組中查找某個值，數組的大小分別是5、1k、10k。這種方法得到的結果可能並不精確，但是是最簡單清晰的方式。

public static void main(String[] args) {
    String[] arr = new String[] {  "CD",  "BC", "EF", "DE", "AB"};
 
    //use list
    long startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useList(arr, "A");
    }
    long endTime = System.nanoTime();
    long duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useList:  " + duration / 1000000);
 
    //use set
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useSet(arr, "A");
    }
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useSet:  " + duration / 1000000);
 
    //use loop
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useLoop(arr, "A");
    }
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useLoop:  " + duration / 1000000);
 
    //use Arrays.binarySearch()
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useArraysBinarySearch(arr, "A");
    }
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useArrayBinary:  " + duration / 1000000);
}

運行結果：

useList:  13
useSet:  72
useLoop:  5
useArraysBinarySearch:  9

使用一個長度爲1k的數組

String[] arr = new String[1000];
 
Random s = new Random();
for(int i=0; i< 1000; i++){
    arr[i] = String.valueOf(s.nextInt());
}

結果：

useList:  112
useSet:  2055
useLoop:  99
useArrayBinary:  12

使用一個長度爲10k的數組

String[] arr = new String[10000];
 
Random s = new Random();
for(int i=0; i< 10000; i++){
    arr[i] = String.valueOf(s.nextInt());
}

結果：

useList:  1590
useSet:  23819
useLoop:  1526
useArrayBinary:  12

總結

顯然，使用一個簡單的循環方法比使用任何集合都更加高效。許多開發人員爲了方便，都使用第一種方法，但是他的效率也相對較低。因爲將數組壓入Collection類型中，首先要將數組元素遍歷一遍，然後再使用集合類做其他操作。

如果使用Arrays.binarySearch()方法，數組必須是已排序的。由於上面的數組並沒有進行排序，所以該方法不可使用。

實際上，如果你需要藉助數組或者集合類高效地檢查數組中是否包含特定值，一個已排序的列表或樹可以做到時間複雜度爲O(log(n))，hashset可以達到O(1)。

（英文原文結束，以下是譯者注）

---

使用ArrayUtils

除了以上幾種以外，Apache Commons類庫中還提供了一個ArrayUtils類，可以使用其contains方法判斷數組和值的關係。

import org.apache.commons.lang3.ArrayUtils;
public static boolean useArrayUtils(String[] arr, String targetValue) {
    return ArrayUtils.contains(arr,targetValue);
}

同樣使用以上幾種長度的數組進行測試，得出的結果是該方法的效率介於使用集合和使用循環判斷之間（有的時候結果甚至比使用循環要理想）。

useList:  323
useSet:  3028
useLoop:  141
useArrayBinary:  12
useArrayUtils:  181
-------
useList:  3703
useSet:  35183
useLoop:  3218
useArrayBinary:  14
useArrayUtils:  3125

其實，如果查看ArrayUtils.contains的源碼可以發現，他判斷一個元素是否包含在數組中其實也是使用循環判斷的方式。

部分代碼如下：

    if(array == null) {
        return -1;
    } else {
        if(startIndex < 0) {
            startIndex = 0;
        }
 
        int i;
        if(objectToFind == null) {
            for(i = startIndex; i < array.length; ++i) {
                if(array[i] == null) {
                    return i;
                }
            }
        } else if(array.getClass().getComponentType().isInstance(objectToFind)) {
            for(i = startIndex; i < array.length; ++i) {
                if(objectToFind.equals(array[i])) {
                    return i;
                }
            }
        }
 
        return -1;
    }

所以，相比較之下，我更傾向於使用ArrayUtils工具類來進行一些合數祖相關的操作。畢竟他可以讓我少寫很多代碼（因爲自己寫代碼難免有Bug，畢竟apache提供的開源工具類庫都是經過無數開發者考驗過的），而且，效率上也並不低太多。