05-Java中的集合以及如何实现它们？

咬到舌头的小蛇

2024-01-13

Java

Java集合是针对所有数据操作作业的一站式解决方案，例如存储数据、搜索、排序、插入、删除和更新数据。Java集合作为单个对象进行响应，Java集合框架提供各种接口和类。

什么是Java集合？

Java集合是一种预定义的体系结构，能够存储一组元素，其行为类似于单个单元，如对象或组。

什么是Java集合框架？

Java集合框架为Java集合提供了在类和接口中表示一组元素的能力。

Java集合框架使用户能够执行各种数据操作，如存储数据、搜索、排序、插入、删除和更新元素组上的数据。

Java集合框架层次结构

Java-collection-java-collection-hierarchy

Java-collection-java-collection-hierarchy-2

下图描述了Java集合层次结构。

了解了Java集合的层次结构之后，您还应该了解应用于Java中的集合以执行数据操作操作的各种方法。

Java集合接口方法

下表介绍了可用于数据操作作业的Java集合的方法。


方法	描述
add()	将对象添加到集合
isEmpty()	如果集合为空，则返回True
clear()	从集合中移除所有元素
remove()	删除所选对象
size()	找出元素的数量
stream()	返回顺序元素
toArray()	以数组格式返回元素
hashCode()	返回元素的哈希码
equals(obj X)	将元素与集合进行比较
iterator()	返回集合上的迭代器
max()	返回集合中的最大值
contains()	如果存在特定值，则返回TRUE
spliterator()	在集合中的元素上创建拆分器
retainAll()	保留集合中的元素

Java集合接口

Set Interface

Set接口继承自Java集合接口Set接口不能在其中存储重复/冗余元素。下面是一个基于Set接口的示例。

Example:

//Set Interface
package tech.besthub;
import java.util.*;
public class SetExample {
public static void main(String args[]) {
int count[] = { 21, 23, 43, 53, 22, 65 };
Set<Integer> set = new HashSet<Integer>();
try {
for (int i = 0; i <= 5; i++) {
set.add(count[i]);
}
System.out.println(set);
TreeSet<Integer> sortedSet = new TreeSet<Integer>(set);
System.out.println("The sorted list is:");
System.out.println(sortedSet);
System.out.println("First element of the set is: " + (Integer) sortedSet.first());
System.out.println("last element of the set is: " + (Integer) sortedSet.last());
} catch (Exception e) {
}
}
}

List Interface

List接口是从Java Util包派生的。该列表使用户能够在索引方法的帮助下维护元素的有序集合，并可以执行数据操作操作，如插入、更新、删除等。例如：

Example:

//List Interface
package tech.besthub;
import java.util.*;
public class ListInterface {
public static void main(String args[]) {
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("David");
list.add("Jhon");
list.add("Stacy");
//list.add("Stacy");
for (String Students : list)
System.out.println(Students);
}
}

Queue Interface

队列接口继承自Java集合接口。队列是一个线性集合，它提供对集合元素的数据操作，并遵循FIFO(先进先出)原则。例如：

Example:

//Queue Interface
package tech.besthub;
import java.util.*;
public class QueueInterface {
public static void main(String[] args) {
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
queue.add("Apple");
queue.add("Mango");
queue.add("Grapes");
queue.add("Banana");
System.out.println(queue);
queue.remove("Grapes");
System.out.println(queue);
System.out.println("Queue total Size: " + queue.size());
System.out.println("Queue includes fruit 'Apple'? : " + queue.contains("Apple"));
queue.clear();
}
}

Deque Interface

Deque接口继承自Java Collections接口。DE-Que是Double-Ended Queue的缩写。Deque支持队列两端的插入和删除操作。

Example:

//Deque Interface
package tech.besthub;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
public class DequeInterface {
public static void main(String[] args) {
Deque<Integer> num = new ArrayDeque<>();
num.offer(10);
num.offerLast(21);
num.offerFirst(52);
System.out.println("Deque elements: " + num);
int first = num.peekFirst();
System.out.println("First Element is: " + first);
int lastElement = num.peekLast();
System.out.println("Last Element: " + lastElement);
int removed = num.pollFirst();
System.out.println("Removed First Element: " + removed);
System.out.println("Updated Deque is: " + num);
}
}

Map Interface

Map接口继承自Java集合接口。映射不能存储重复元素。映射使用键-值对格式存储数据。操作操作通过访问键-值对来处理。

Example:

//Map Interface
package tech.besthub;

import java.util.*;
import java.util.Map.Entry;
public class MapInterface {
public static void main(String args[]) {
Map<Integer, String> map = new HashMap<Integer, String>();
map.put(1, "Cricket");
map.put(2, "Hockey");
map.put(3, "Archery");
for (Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator(); iterator.hasNext();) {
Entry<Integer, String> m = iterator.next();
System.out.println(m.getKey() + " " + m.getValue());
}
}
}

SortedSet Interface

排序集接口按升序维护映射。它们用于自然有序的收集。

An example of SortedSet Interface:

//Sortedset Interface
package tech.besthub;
import java.util.*;
public class SortedSetInterface {
   public static void main(String[] args) {
      SortedSet set = new TreeSet(); 
      set.add("Bob");
      set.add("Sean");
      set.add("Jennifer");
      Iterator i = set.iterator();
      while (i.hasNext()) {
      Object element = i.next();
      System.out.println(element.toString());
      }
   }
}

SortedMap Interface

排序后的映射界面按临界升序维护元素的映射。SortedMap是SortedSet的Map模拟。

Example:

//Sortedmap Interface
package tech.besthub;

import java.util.*;
public class SortedMapInterface {
   public static void main(String args[]) {
      TreeMap<String, Double> t = new TreeMap<String, Double>();
      t.put("John", new Double(76.5));
      t.put("Molley", new Double(87.3));
      t.put("Aron", new Double(78.2));
      t.put("Daisy", new Double(73.4));
      Set<?> set = t.entrySet();
      Iterator<?> i = set.iterator();
      while(i.hasNext()) {
         @SuppressWarnings("rawtypes")
		 Map.Entry me = (Map.Entry)i.next();
         System.out.print(me.getKey() + ": ");
         System.out.println(me.getValue());
      }
      System.out.println();
      double percentage = ((Double)t.get("Molley")).doubleValue();
      t.put("Molley", new Double(percentage));
      System.out.println("Zara's new balance: " + t.get("Molley"));
   }
}

在此之后，我们将讨论另一个关键方面，Java集合的一个相邻分支，称为Java集合类。

Java集合类

HashSet类

HashSet类继承自AbstractSet类。HashSet类使用Hash表存储元素。HashSet允许空元素，并且不遵循任何顺序来存储元素。

//HashSet Class
package tech.besthub;

import java.util.HashSet;
public class HashSetClass {
public static void main(String args[]) {
HashSet<String> hset = new HashSet<String>();
hset.add("Suzuki");
hset.add("Kawasaki");
hset.add("Honda");
hset.add("Ducati");
hset.add("Yamaha");
hset.add("Yamaha");
hset.add("Suzuki");
hset.add(null);
hset.add(null);
// 显示HashSet元素
System.out.println(hset);
}
}

TreeSet类

TreeSet类是一个基于TreeMap的NavigableSet实现。在这里，使用比较器对元素进行排序。

//TreeSet
package tech.besthub;

import java.util.TreeSet;
public class TreeSetClass {
     public static void main(String args[]) {
         TreeSet<Integer> treeset = new TreeSet<Integer>();
         treeset.add(8476);
         treeset.add(748);
         treeset.add(88);
         treeset.add(983);
         treeset.add(18);
         treeset.add(0);
         System.out.println(treeset);
    }
 }

ArrayList类

Java中的ArrayList是一个可调整大小的数组，它是允许空元素的ListInterface的实现。ArrayList有三种不同类型的数组，如下所示。

一维数组
二维数组
多维数组

相关阅读: # Java 中的数组：声明、定义和访问数组

一维数组

一维数组有一行按地址的顺序排列元素，如下图所示。

Java-collection-one-dimensional-array

//One-Dimensional Array
package tech.besthub;

public class OneDA {
public static void main(String args[]) {
int[] a = new int[3];
a[0] = 10;
a[1] = 20;
a[2] = 30;
System.out.println("One dimensional array");
System.out.println(a[0]);
System.out.println(a[1]);
System.out.println(a[2]);
}
}

二维数组

二维数组有行和列。它以矩阵的形式排列元素，如下图所示。

Java-collection-two-dimensional-array

Example:

//Two-Dimensional Array
package tech.besthub;
public class TwoDA {
public static void main(String[] args) {
int[][] arr = { { 1, 2 }, { 3, 4 } };
for (int i = 0; i < 2; i++)
for (int j = 0; j < 2; j++)
System.out.println("arr[" + i + "][" + j + "] = " + arr[i][j]);
}
}

多维数组

多维数组是多个二维数组的组合；它看起来像一个3-D图像，如下所示

Java-collection-multi-dimensional-array

Example:
//Three/Multi-Dimensional Array

package tech.besthub;

public class ThreeDA {
public static void main(String args[]) {
int A[][] = { { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 }, { 7, 8, 9 } };
for (int i = 0; i < 3; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
System.out.print(A[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
}
}

LinkedList类

LinkedList类是List和Dque接口的实现。链表类似于数组，但它不按顺序数据地址存储数据，而是按顺序连接内存块，并允许空元素。

有三种不同类型的链表。

单链表
双向链表
循环链表

单链表

单链表将元素存储在不同的内存位置，然后在一个方向上连接它们以按顺序表示它们。下图显示了一个典型的单链表。

单向链表只提供单向遍历。

Java-collection-singly-linked-list

//Singly-LinkedList
package tech.besthub;

public class SiinglyLinkedList {
Node head;
static class Node {
int data;
Node next;
Node(int d) {
data = d;
next = null;
}
}

public void display() {
Node n = head;
while (n != null) {
System.out.print(n.data + " ");
n = n.next;
}
}

public static void main(String[] args) {
SiinglyLinkedList list = new SiinglyLinkedList();
list.head = new Node(1);
Node second = new Node(2);
Node third = new Node(3);
Node fourth = new Node(4);
list.head.next = second;
second.next = third;
third.next = fourth;
list.display();
}
}

双向链表

双向链表通常是单向链表，但双向链表提供双向遍历。下面是一个典型的双向链表的外观：

Java-collection-doubly-linked-list

Example:
//Doubly LinkedList

package tech.besthub;
public class DoublyLinkedList {
class Node {
int data;
Node previous;
Node next;
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}

Node head, tail = null;
public void addNode(int data) {
Node newNode = new Node(data);
if (head == null) {
head = tail = newNode;
head.previous = null;
tail.next = null;
} else {
tail.next = newNode;
newNode.previous = tail;
tail = newNode;
tail.next = null;
}
}

public void display() {
Node current = head;
if (head == null) {
System.out.println("List is empty");
return;
}
System.out.println("Nodes of doubly linked list: ");
while (current != null) {
System.out.print(current.data + " ");
current = current.next;
}
}

public static void main(String[] args) {
DoublyLinkedList dList = new DoublyLinkedList();
dList.addNode(1);
dList.addNode(2);
dList.addNode(3);
dList.addNode(4);
dList.addNode(5);
dList.display();
}
}

循环链表

循环链表是一种典型的单链表。唯一的变化是循环链表的末端/尾部指向链表的头节点。最后的头和尾连接使循环链表提供循环遍历。

Java-collection-circular-linked-list

Example:

//Circular LinkedList
package tech.besthub;
public class CLL {  
    public class Node{  
        int data;  
        Node next;  
        public Node(int data) {  
            this.data = data;  
        }  
    }  

    public Node head = null;  
    public Node tail = null;  
    public void add(int data){  
        Node newNode = new Node(data);  
        if(head == null) {  
            head = newNode;  
            tail = newNode;  
            newNode.next = head;  
        }  
        else {  
            tail.next = newNode;  
            tail = newNode;  
            tail.next = head;  
        }  
    }  

    public void display() {  
        Node current = head;  
        if(head == null) {  
            System.out.println("List is empty");  
        }  
        else {  
            System.out.println("Nodes of the circular linked list: ");  
             do{  
                System.out.print(" "+ current.data);  
                current = current.next;  
            }while(current != head);  
            System.out.println();  
        }  
    }  

    public static void main(String[] args) {  
        CLL c = new CLL();  
        c.add(1);  
        c.add(2);  
        c.add(3);  
        c.add(4);  
        c.add(5);  
        c.add(6);  
        c.add(7);  
        c.add(8);
        c.display();  
    }  
}

HashMap类

HashMap派生自Map接口。HashMap使用键-值对方法存储数据。HashMap不允许重复元素。

//HashMap Class
package tech.besthub;

import java.util.HashMap;
public class HashMapClass {
public static void main(String[] args) {
HashMap<String, String> Make = new HashMap<String, String>();
Make.put("Honda", "CBR");
Make.put("Kawasaki", "Ninja");
Make.put("Ducati", "Panigale");
Make.put("Yamaha", "R1");
System.out.println(Make);
}
}

TreeMap类

树图派生自AbstractMap类。TreeMap以键-值对的形式存储元素。TreeMap不允许集合中存在空值和重复值。

Example:

//TreeMap Class
package tech.besthub;
import java.util.*;
import java.util.Map.Entry;  

public class TreeMapClass{  
 public static void main(String args[]){  
   TreeMap<Integer,String> map=new TreeMap<Integer,String>();    
      map.put(2019901,"Amber");    
      map.put(2019902,"james");    
      map.put(2019903,"Violet");    
      map.put(2019904,"Reynolds");    
      for (Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator(); iterator.hasNext();) {
Entry<Integer, String> m = iterator.next();
System.out.println(m.getKey()+" "+m.getValue());
}    
}  
}

集合API算法

Java集合API算法提供了在搜索、排序和其他作业中常用的实现。

Sorting

排序算法是集合API算法之一。排序算法根据用户编写的修改按升序或降序对元素进行排序。

Java-collection-java-collection-api-bubblesort.

Example:

//Bubble Sort
package tech.besthub;
public class BubbleSort {
static void bubbleSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
int temp = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) {
for (int j = 1; j < (n - i); j++) {
if (arr[j - 1] > arr[j]) {
temp = arr[j - 1];
arr[j - 1] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
}
}
}

public static void main(String[] args) {
int arr[] = { 289, 39, 48, 6, 28, 1, 2, 33 };
System.out.println("Array Before Bubble Sort");
for (int j = 0; j < arr.length; j++) {
System.out.print(arr[j] + " ");
}
System.out.println();
bubbleSort(arr);
System.out.println("Array After Bubble Sort");
for (int j = 0; j < arr.length; j++) {
System.out.print(arr[j] + " ");
}
}
}

Shuffling

随机算法是集合API算法之一。混洗算法的功能是破坏当前的安排。他们被用来在列表中制造随机性。

Java-collection-java-collection-api-shuffling


Example:

//Shuffle algorithm
package tech.besthub;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
public class Shuffle {
public static void main(String[] args) {
Integer[] intA = { 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 };
List<Integer> intL = Arrays.asList(intA);
Collections.shuffle(intL);
intL.toArray(intA);
System.out.println(Arrays.toString(intA));
}
}

Searching

基于所使用的搜索机制的类型，使用搜索算法来搜索列表/数组中的元素。

Java-collection-java-collection-api-search

Example:

//Binary Search
package tech.besthub;
public class BinarySearch1 {
public static int binarySearch(int arr[], int first, int last, int key) {
if (last >= first) {
int mid = first + (last - first) / 2;
if (arr[mid] == key) {
return mid;
}
if (arr[mid] > key) {
return binarySearch(arr, first, mid - 1, key);
} else {
return binarySearch(arr, mid + 1, last, key);
}
}
return -1;
}

public static void main(String args[]) {
int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int k = 2;
int last = arr.length - 1;
int result = binarySearch(arr, 0, last, k);
if (result == -1)
System.out.println("Element is not found!");
else
System.out.println("Element is found at index: " + result);
}
}

Composition

频率和不相交算法检查一个或多个集合的组成的几个方面。

Java-collection-java-collection-api-composition

构图分为两部分：

频率：检查重复元素的计数
不相交：确保没有重复的元素

Example:

//Composition
package tech.besthub;
import java.io.*;
import java.util.*;
class Book {
public String title;
public String author;
Book(String title, String author) {
this.title = title;
this.author = author;
}
}

class Library {
// reference to refer to list of books.
private final List<Book> books;
Library(List<Book> books) {
this.books = books;
}

public List<Book> getTotalBooksInLibrary() {
return books;
}
}

public class Composition {
public static void main(String[] args) {
Book b1 = new Book("EffectiveJ Java", "Joshua Bloch");
Book b2 = new Book("Thinking in Java", "Bruce Eckel");
Book b3 = new Book("Java: The Complete Reference", "Herbert Schildt");
List<Book> books = new ArrayList<Book>();
books.add(b1);
books.add(b2);
books.add(b3);
Library library = new Library(books);
List<Book> bks = library.getTotalBooksInLibrary();
for (Book bk : bks) {
System.out.println("Title : " + bk.title + " and " + " Author : " + bk.author);
}
}
}

Java集合的好处

软件/代码可重用性

Java集合无可挑剔地减少了代码行，并以最可靠的方式实现了代码可重用性。

易于设计API

预定义的Java集合算法API大大减少了时间。如果没有这些API，将导致为简单的排序操作编写数小时的代码。

更易于学习和使用新的API

预定义API的使用使学习过程变得更加直接和有用。

提高编程速度

Java集合引入的简化减少了程序员的工作量。编码过程的简单性反过来又导致了最有效和最高效的编程做法，从而节省了时间。

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List Interface

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一维数组

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