數據結構學習之集合篇(Java)

集合(Set):
對應數學中集合的概念。集合中元素的三個特性：確定性，互異性，無序性。但是在計算機數據結構中， 也有有序集合（一般基於搜索樹實現），無序集合（一般基於哈希表實現），多重集合（允許元素重複）的分類。我們在使用中一般都是利用其不允許存儲重複元素的功能。
集合接口Set:增刪查功能

public interface Set<E> {
     //添加元素
     void add(E e);
     //刪除元素
     void remove(E e);
     //查詢集合是否包含元素e
     boolean contains(E e);
     //查詢集合中元素的個數
     int getSize();
     //集合是否爲空
     boolean isEmpty();
}

基於鏈表實現的LinkedListSet:

public class LinkedListSet<E> implements Set<E> {

    private LinkedList<E> list;

    public LinkedListSet(){
        list = new LinkedList<>();
    }
    @Override
    public int getSize(){
        return list.getSize();
    }
    @Override
    public boolean isEmpty(){
        return list.isEmpty();
    }
    @Override
    public boolean contains(E e){
        return list.contains(e);
    }
    @Override
    public void add(E e){
        if (!list.contains(e)){
            list.addFirst(e);
        }
    }
    @Override
    public void remove(E e){
        list.removeElement(e);
    }
}

鏈表LinkedList:

public class LinkedList<E> {
    private class Node{
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }
        public Node(E e) {
            this.e = e;
            this.next = null;
        }

        public Node() {
            this.e = null;
            this.next = null;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }
    //虛擬頭結點
    private Node dummyHead;
    //鏈表中元素的個數
    private int size;

    public LinkedList(){
        dummyHead = new Node(null,null);
        size = 0;
    }
    //獲取鏈表中元素的個數
    public int getSize(){
        return size;
    }
    //鏈表中元素個數是否爲空
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }
    //O(1)
    public void addFirst(E e){
        add(0,e);
    }
    //在鏈表的index(0-based)位置添加新的元素e
    //在鏈表中不是一個常用的操作,練習用
    public void add(int index,E e){
        if (index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("Add failed,Illegal index");
        }
            Node prev = dummyHead;
            //拿到要插入節點的前一個節點
            for (int i =0;i < index; i++){
                prev = prev.next;
            }
            Node node = new Node(e);
            node.next = prev.next;
            prev.next = node;
//          prev.next = new Node(e,prev.next)
            size ++;
    }
    //在鏈表末尾添加元素e
    public void addLast(E e){
        add(size,e);
    }
    // 獲得鏈表的第index(0-based)個位置的元素
    //在鏈表中不是一個常用的操作,練習用
    public E get(int index){
        if (index < 0 || index >= size){
            throw new IllegalArgumentException("Add failed,Illegal index");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i =0;i < index; i++){
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }
    //獲得鏈表的第一個元素
    public E getFirst(){
        return get(0);
    }
    //獲得鏈表的最後一個元素
    public E getLast(){
        return get(size - 1);
    }
    //修改第index位置的元素爲e
    public void set(int index,E e){
        if (index < 0 || index >= size){
            throw new IllegalArgumentException("Add failed,Illegal index");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i =0;i < index; i++){
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }
    //查詢鏈表中是否包含元素e
    public boolean contains(E e){
        //思路就是遍歷鏈表中的元素然後與e進行比較
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null){
            if (cur.e.equals(e)){
                return true;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        return false;
    }
    //刪除在index位置的元素
    //在鏈表中不是常用的操作，練習用
    public E remove(int index){
        //先判斷參數是否合法
        if (index < 0 || index >= size){
            throw new IllegalArgumentException("Add failed,Illegal index");
        }
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i ++){
            prev = prev.next;
        }
        Node delNode = prev.next;
        prev.next = delNode.next;
        delNode.next = null;
        size --;

        return delNode.e;
    }
    //刪除鏈表的頭結點
    public E removeFirst(){
       return remove(0);
    }
    //刪除鏈表的尾節點
    public E removeLast(){
        return remove(size - 1);
    }

    //從鏈表中刪除元素e
    public void removeElement(E e){
        Node prev = dummyHead;
        while (prev.next != null){
            if (prev.next.e.equals(e))
                break;;
            prev = prev.next;
        }
        if (prev.next != null){
            Node delNode = prev.next;
            prev.next = delNode.next;
            delNode.next = null;
        }
    }
    //重寫toString方法
    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        //遍歷打印
        res.append("dummyHead ->");
        for (Node cur = dummyHead.next; cur != null; cur = cur.next){
            res.append(cur+"->");
        }
        res.append("NUll");
        return res.toString();
    }
}

基於上一章實現的二分搜索樹實現BSTSet:

public class BSTSet<E extends Comparable<E>> implements Set<E> {

    private BSTNormal<E> bst;
    //覆蓋構造方法
    public BSTSet(){
        bst = new BSTNormal<>();
    }

    @Override
    public int getSize(){
        return bst.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty(){
        return bst.isEmpty();
    }
    /*因爲我們實現的二分搜索樹是默認不包含重複元素的（重複元素被覆蓋掉了），要包含重複元素實現起來反而要麻煩一些，所以我們可以
      直接使用bst的add方法來實現Set集合*/
    @Override
    public void add(E e){
        bst.add(e);
    }

    @Override
    public boolean contains(E e){
       return bst.contains(e);
    }

    @Override
    public void remove(E e){
        bst.remove(e);
    }
}