Java语言进阶 #集合 #Day14 #数据结构 #List #Set #哈希 #Collections #组合排序

一、数据结构

本部分只介绍和集合相关的数据结构：栈、队列、数组、链表、红黑树

1. 栈

• 特点： 先进后出
• 存储数据： 称为入栈，压栈
• 取出数据： 称为出栈，弹栈
  

2. 队列

• 特点： 先进先出
  

3. 数组

• 特点： 查询快，增删慢
• 查询快： 顺序存储，每一部分的地址都可以由数组地址及对应索引根据公式推出。所以，复杂度为$O(1)$
• 增删慢： 增删一个元素，需要进行复制操作，然后源数组被垃圾回收。所以，复杂度为$O(n)$
  
  
  

4. 链表

• 特点： 查询慢，增删快
• 查询慢： 链式存储，要确定某一元素内存地址，必须知道它的直接前节点。所以，复杂度为$O(n)$
• 增删快： 增删一个元素，只要将直接前置节点的指针改变一下即可。所以，复杂度为$O(1)$
  
  
  

5. 红黑数

5.1 树

5.2 二叉数

分支不能超过两个

5.3 排序树

在二叉树基础上
左子数小，右子数大

5.4 平衡树

左孩子数=右孩子数
（当然，不相等就叫不平衡树）

5.5 红黑树

特点： 相当于平衡树，查询速度非常快。查询叶子节点的最快与最慢速度之间，不能超过两倍

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约束：

1. 节点可以是红色的，或是黑色的
2. 根节点是黑色的
3. 叶子节点（空节点）是黑色的
4. 每个红色的节点的子节点都是黑色的
5. 任何一个节点，到其每一个叶子节点的所有路径上的黑色节点数相同

二、List接口

• 有序
• 有索引
• 元素允许重复

1. 常用方法&遍历方法

常用方法：add, get, remove, set
遍历方法：for, Iterator, foreach

注意： 注意不要索引越界异常

三、List实现类

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

1. ArrayList

• 底层： 数组
• 特点： 此实现不是同步的（异步，多线程）

2. LinkedList

• 底层： 链表
• 特点： 此实现不是同步的（异步，多线程）

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链表的中间操作的复杂度是$O(n)$，二两端是$O(1)$，所以LinkedList有大量针对头尾的方法

四、Set实现类

• 不能存储重复值
• 没有索引 （不能使用带索引的方法，也不能使用普通的for循环遍历）

1. HashSet

1.1 HashSet特点

• 底层是哈希表（实际为HashMap），哈希表查询的速度相当快
• 是一个无序的集合
• 允许使用null元素
  
  从图中，我们可以看出：

1. 重复的元素，未被存储（但存储时不报错）
2. 遍历的顺序和存储的顺序不一致

1.2 Hash值

哈希值: 对象的地址值,是一个逻辑地址值（是模拟出来得到地址,不是数据实际存储的物理地址）是一个十进制的整数,由系统随机给出。

Object类中有一个方法，可以得到Hash值，用法：$.hashCode()$，返回一个int值

1.2.1 哈希值的注意事项

1. toString直接打印引用对象，返回的地址值，就是对哈希值进行了进制转化
   
   2. 可以重写hashCode()方法，String重写了该方法
   （两个一样的数组，哈希值不同）
   
   （String重写了hashCode()，所以哈希值会相等。这是由于常量池的原因，如果是用new创建，也是不会相等的。）
   
   （有个小彩蛋，重地 & 通话 的hashCode值相等，这叫哈希冲突 ）

1.3 哈希表

哈希表：

• 在JDK1.8之前：
  $哈希表 = 数组 + 链表$
• 在JDK1.8之后：
  $哈希表 = 数组 + 链表$ （链表长度超过八位，就会转为红黑树结构）
  $哈希表 = 数组 + 红黑树（提高查询结构）$

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• 数组结构： 把元素进行了分组，相同哈希值是一组
• 链表/红黑树结构： 把相同哈希数值的元素链接到一起

1.4 集合不允许重复元素的原理

1. add()方法会调用hashCode()方法，计算存储元素的哈希值
2. 与集合中已有元素的哈希值进行比对，如果有相同的（哈希冲突），进行第3步。没有则存储。
3. 新存的元素，会调用equals()和冲突的元素进行比较。如果不相同，存储

1.5 存储自定义对象

为了让自定义的类，能够区分重复元素，需要重写hashCode()和equal()方法（可以用Alt Insert快速插入）

注： 如果不需要进行区分，就不要使用这两个方法了

可以让属性一致的多个对象hashCode一致

2. LinkedHashed

• 底层： 哈希表（数组 + 链表/红黑树） + 链表
• 链表： 用来记录顺序的链表

3. 可变参数

可以传递$（0 \text{\textasciitilde} \infin）$个参数
格式：

限制符 返回值类型 方法名(数据类型... 形参名) {
  // 方法体
}

说明：

1. 可变参数的底层是一个数组
2. 在传入时，动态地创建一个数组
   注意事项：
3. 一个方法的可变列表，只能有一个可变参数
4. 如果有多个参数，可变参数必须在参数列表的末尾

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• Demo： 计算整数和
  

五、Collections

Collections是一个操作集合的工具类，提供了大量的静态方法

1. 批量添加&打乱

• addAll: 批量添加元素

Collections.addAll(集合名, 参数列表...)

• shuffle: 打乱集合中元素

Collections.shuffle(集合名)

2. sort排序（默认升序）

sort: 按照默认（升序）方法排序，只能用于list，不能用于set

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Comparable里的compareTo方法被重写，才能进行排序（比如下图的String）

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重写compareTo方法(以Person为例)：

1. 实现Comparable接口
   
2. 重写方法（return 0 认为元素都是相同的）
   
   升序： 调用 - 参数
   降序： 参数 - 调用

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3. sort（指定排序规则）

comparable需要重写方法，相当于自己this和别人o的比较
Comparator相当于找了一个裁判（第三方的规则），进行o1和o2的比较

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可以使用一个匿名类来指定排序规则


升序： o1 - o2
降序： o2 - o1

4. 组合排序

可以使用if来进行组合排序