Java語言進階 #集合 #Day14 #數據結構 #List #Set #哈希 #Collections #組合排序

一、數據結構

本部分只介紹和集合相關的數據結構：棧、隊列、數組、鏈表、紅黑樹

1. 棧

• 特點： 先進後出
• 存儲數據： 稱爲入棧，壓棧
• 取出數據： 稱爲出棧，彈棧
  

2. 隊列

• 特點： 先進先出
  

3. 數組

• 特點： 查詢快，增刪慢
• 查詢快： 順序存儲，每一部分的地址都可以由數組地址及對應索引根據公式推出。所以，複雜度爲$O(1)$
• 增刪慢： 增刪一個元素，需要進行復制操作，然後源數組被垃圾回收。所以，複雜度爲$O(n)$
  
  
  

4. 鏈表

• 特點： 查詢慢，增刪快
• 查詢慢： 鏈式存儲，要確定某一元素內存地址，必須知道它的直接前節點。所以，複雜度爲$O(n)$
• 增刪快： 增刪一個元素，只要將直接前置節點的指針改變一下即可。所以，複雜度爲$O(1)$
  
  
  

5. 紅黑數

5.1 樹

5.2 二叉數

分支不能超過兩個

5.3 排序樹

在二叉樹基礎上
左子數小，右子數大

5.4 平衡樹

左孩子數=右孩子數
（當然，不相等就叫不平衡樹）

5.5 紅黑樹

特點： 相當於平衡樹，查詢速度非常快。查詢葉子節點的最快與最慢速度之間，不能超過兩倍

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約束：

1. 節點可以是紅色的，或是黑色的
2. 根節點是黑色的
3. 葉子節點（空節點）是黑色的
4. 每個紅色的節點的子節點都是黑色的
5. 任何一個節點，到其每一個葉子節點的所有路徑上的黑色節點數相同

二、List接口

• 有序
• 有索引
• 元素允許重複

1. 常用方法&遍歷方法

常用方法：add, get, remove, set
遍歷方法：for, Iterator, foreach

注意： 注意不要索引越界異常

三、List實現類

Vector是單列集合的共同父接口（它是Collection的父接口），它是單列的，有自己特殊的方法。

1. ArrayList

• 底層： 數組
• 特點： 此實現不是同步的（異步，多線程）

2. LinkedList

• 底層： 鏈表
• 特點： 此實現不是同步的（異步，多線程）

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鏈表的中間操作的複雜度是$O(n)$，二兩端是$O(1)$，所以LinkedList有大量針對頭尾的方法

四、Set實現類

• 不能存儲重複值
• 沒有索引 （不能使用帶索引的方法，也不能使用普通的for循環遍歷）

1. HashSet

1.1 HashSet特點

• 底層是哈希表（實際爲HashMap），哈希表查詢的速度相當快
• 是一個無序的集合
• 允許使用null元素
  
  從圖中，我們可以看出：

1. 重複的元素，未被存儲（但存儲時不報錯）
2. 遍歷的順序和存儲的順序不一致

1.2 Hash值

哈希值: 對象的地址值,是一個邏輯地址值（是模擬出來得到地址,不是數據實際存儲的物理地址）是一個十進制的整數,由系統隨機給出。

Object類中有一個方法，可以得到Hash值，用法：$.hashCode()$，返回一個int值

1.2.1 哈希值的注意事項

1. toString直接打印引用對象，返回的地址值，就是對哈希值進行了進制轉化
   
   2. 可以重寫hashCode()方法，String重寫了該方法
   （兩個一樣的數組，哈希值不同）
   
   （String重寫了hashCode()，所以哈希值會相等。這是由於常量池的原因，如果是用new創建，也是不會相等的。）
   
   （有個小彩蛋，重地 & 通話 的hashCode值相等，這叫哈希衝突 ）

1.3 哈希表

哈希表：

• 在JDK1.8之前：
  $哈希表 = 數組 + 鏈表$
• 在JDK1.8之後：
  $哈希表 = 數組 + 鏈表$ （鏈表長度超過八位，就會轉爲紅黑樹結構）
  $哈希表 = 數組 + 紅黑樹（提高查詢結構）$

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• 數組結構： 把元素進行了分組，相同哈希值是一組
• 鏈表/紅黑樹結構： 把相同哈希數值的元素鏈接到一起

1.4 集合不允許重複元素的原理

1. add()方法會調用hashCode()方法，計算存儲元素的哈希值
2. 與集合中已有元素的哈希值進行比對，如果有相同的（哈希衝突），進行第3步。沒有則存儲。
3. 新存的元素，會調用equals()和衝突的元素進行比較。如果不相同，存儲

1.5 存儲自定義對象

爲了讓自定義的類，能夠區分重複元素，需要重寫hashCode()和equal()方法（可以用Alt Insert快速插入）

注： 如果不需要進行區分，就不要使用這兩個方法了

可以讓屬性一致的多個對象hashCode一致

2. LinkedHashed

• 底層： 哈希表（數組 + 鏈表/紅黑樹） + 鏈表
• 鏈表： 用來記錄順序的鏈表

3. 可變參數

可以傳遞$（0 \text{\textasciitilde} \infin）$個參數
格式：

限制符 返回值類型 方法名(數據類型... 形參名) {
  // 方法體
}

說明：

1. 可變參數的底層是一個數組
2. 在傳入時，動態地創建一個數組
   注意事項：
3. 一個方法的可變列表，只能有一個可變參數
4. 如果有多個參數，可變參數必須在參數列表的末尾

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• Demo： 計算整數和
  

五、Collections

Collections是一個操作集合的工具類，提供了大量的靜態方法

1. 批量添加&打亂

• addAll: 批量添加元素

Collections.addAll(集合名, 參數列表...)

• shuffle: 打亂集合中元素

Collections.shuffle(集合名)

2. sort排序（默認升序）

sort: 按照默認（升序）方法排序，只能用於list，不能用於set

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Comparable裏的compareTo方法被重寫，才能進行排序（比如下圖的String）

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重寫compareTo方法(以Person爲例)：

1. 實現Comparable接口
   
2. 重寫方法（return 0 認爲元素都是相同的）
   
   升序： 調用 - 參數
   降序： 參數 - 調用

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3. sort（指定排序規則）

comparable需要重寫方法，相當於自己this和別人o的比較
Comparator相當於找了一個裁判（第三方的規則），進行o1和o2的比較

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可以使用一個匿名類來指定排序規則


升序： o1 - o2
降序： o2 - o1

4. 組合排序

可以使用if來進行組合排序