1.1 接口设计不存放相同元素。
因为集合中没有索引的概念，因此必须要给定一个遍历方法才能遍历该集合。
/**
* @Description 集合接口
* @date 2022/4/23 14:26
*/
public interface Set<E> {
/**
* 获取元素个数
* @return size
*/
int size();
/**
* 判断是否为空
* @return
*/
boolean isEmpty();
/**
* 清空集合
*/
void clear();
/**
* 判断是否包含某个元素
* @param e
* @return
*/
boolean contains(E e);
/**
* 添加元素
* @param e
*/
void add(E e);
/**
* 删除元素
* @param e
*/
void remove(E e);
/**
* 遍历接口
* @param visitor
*/
void traversal(Visitor<E> visitor);
/**
* 遍历接口抽象类
* @param
*/
public static abstract class Visitor<E>{
boolean stoop;
abstract boolean visit(E e);
}
}
/**
* @Description 链表实现set
* @date 2022/4/23 14:34
*/
public class ListSet<E> implements Set<E>{
private LinkedList<E> list = new LinkedList<>();
@Override
public int size() {
return list.size();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return list.isEmpty();
}
@Override
public void clear() {
list.clear();
}
@Override
public boolean contains(E e) {
return list.contains(e);
}
@Override
public void add(E e) {
int i = list.indexOf(e);
if (i != -1){ // 如果已经存在就覆盖
list.set(i,e);
}else { // 不存在新添加
list.add(e);
}
}
@Override
public void remove(E e) {
int i = list.indexOf(e);
if (i != -1){
list.remove(e);
}
}
@Override
public void traversal(Visitor<E> visitor) {
if (visitor == null){
return;
}
int size = list.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (visitor.visit(list.get(i))) {
return;
}
}
}
/**
* @Description 红黑树实现set
* @date 2022/4/23 15:04
*/
public class TreeSet<E> implements Set<E>{
private RBTree<E> tree = new RBTree<>();
@Override
public int size() {
return tree.size();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return tree.isEmpty();
}
@Override
public void clear() {
tree.clear();
}
@Override
public boolean contains(E e) {
return tree.contains(e);
}
@Override
public void add(E e) {
// 红黑树中已经实现了，如果相同就覆盖的功能。
tree.add(e);
}
@Override
public void remove(E e) {
tree.remove(e);
}
@Override
public void traversal(Visitor<E> visitor) {
// 使用中序遍历
// 调用二叉树的visitor
tree.inorderTraversal(new BinaryTree.Visitor<E>() {
@Override
public boolean visit(E e) {
return visitor.visit(e);
}
});
}
}
- 从复杂度来看，红黑树的添加和删除都优于链表。
- 从去重性能来看，红黑树的去重性能优于链表。
- 但是红黑树的节点必须要具备可比较性，不然无法加入。
2.1 接口设计k-v形式，key是唯一的。
/**
* @Description map 接口
* @date 2022/4/24 8:52
*/
public interface Map<K,V> {
/**
* 获取键值对个数
* @return size
*/
int size();
/**
* 判断是否为空
* @return
*/
boolean isEmpty();
/**
* 清空集合
*/
void clear();
/**
* 添加元素
* @param k
* @param v
* @return
*/
V put(K k, V v);
/**
* 根据 k 获取元素
* @param k
* @return
*/
V get(K k);
/**
* 删除元素
* @param k
*/
V remove(K k);
/**
* 判断是否包含某个key
* @param k
* @return
*/
boolean containsKey(K k);
/**
* 判断是否包含某个value
* @param v
* @return
*/
boolean containsValue(V v);
/**
* 遍历接口
* @param visitor
*/
void traversal(Visitor<K,V> visitor);
/**
* 遍历接口抽象类
* @param
*/
public static abstract class Visitor<K,V>{
boolean stoop;
abstract boolean visit(K k, V v);
}
}
因为使用链表实现的效率相当差，这里使用红黑树来实现。
/**
* @Description 红黑树实现 map
* @date 2022/4/24 9:00
*/
public class TreeMap<K,V> implements Map<K,V>{
private static final boolean RED = false;
private static final boolean BLACK = true;
private int size;
private Node<K, V> root;
private Comparator<K> comparator;
public TreeMap() {
this(null);
}
public TreeMap(Comparator<K> comparator) {
this.comparator = comparator;
}
@Override
public int size() {
return size;
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
@Override
public void clear() {
root = null;
size = 0;
}
@Override
public V put(K k, V v) {
keyNotNullCheck(k);
// 添加第一个节点
if (root == null) {
root = new Node<>(k, v, null);
size++;
// 新添加节点之后的处理
afterPut(root);
return null;
}
// 添加的不是第一个节点
// 找到父节点
Node<K, V> parent = root;
Node<K, V> node = root;
int cmp = 0;
do {
cmp = compare(k, node.key);
parent = node;
if (cmp > 0) {
node = node.right;
} else if (cmp < 0) {
node = node.left;
} else { // 相等就把k 和 v 一块覆盖掉
node.key = k;
V oldValue = node.value;
node.value = v;
return oldValue;
}
} while (node != null);
// 看看插入到父节点的哪个位置
Node<K, V> newNode = new Node<>(k, v, parent);
if (cmp > 0) {
parent.right = newNode;
} else {
parent.left = newNode;
}
size++;
// 新添加节点之后的处理
afterPut(newNode);
return null;
}
@Override
public V get(K k) {
Node<K, V> node = node(k);
return node == null ? null : node.value;
}
@Override
public V remove(K k) {
return remove(node(k));
}
@Override
public boolean containsKey(K k) {
return node(k) != null;
}
@Override
public boolean containsValue(V v) {
if (root == null){
return false;
}
Queue<Node<K,V>> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()){
Node<K, V> poll = queue.poll();
// 判断 v 是否相等
if (valEquals(poll.value,v)){
return true;
}
if (poll.left != null){
queue.offer(poll.left);
}
if (poll.right != null){
queue.offer(poll.right);
}
}
return false;
}
/**
* 递归中序遍历
* @param visitor
*/
@Override
public void traversal(Visitor<K, V> visitor) {
if (visitor == null){
return;
}
traversal(root,visitor);
}
private void traversal(Node<K,V> node, Visitor<K,V> visitor){
if (node == null || visitor.stoop){
return;
}
traversal(node.left,visitor);
if (visitor.stoop){
return;
}
visitor.visit(node.key,node.value);
traversal(node.right,visitor);
}
/**
* 比较两值是否相等
* @param v1
* @param v2
* @return
*/
private boolean valEquals(V v1, V v2){
return v1 == null ? v2 == null : v1.equals(v2);
}
/**
* 添加之后修复红黑树
* @param node
*/
private void afterPut(Node<K,V> node){
Node<K,V> parent = node.parent;
// 添加的是根节点 或者 上溢到达了根节点
if (parent == null) {
black(node);
return;
}
// 如果父节点是黑色，直接返回
if (isBlack(parent)) {
return;
}
// 叔父节点
Node<K,V> uncle = parent.sibling();
// 祖父节点
Node<K,V> grand = red(parent.parent);
if (isRed(uncle)) { // 叔父节点是红色【B树节点上溢】
black(parent);
black(uncle);
// 把祖父节点当做是新添加的节点
afterPut(grand);
return;
}
// 叔父节点不是红色
if (parent.isLeftChild()) { // L
if (node.isLeftChild()) { // LL
black(parent);
} else { // LR
black(node);
rotateLeft(parent);
}
rotateRight(grand);
} else { // R
if (node.isLeftChild()) { // RL
black(node);
rotateRight(parent);
} else { // RR
black(parent);
}
rotateLeft(grand);
}
}
/**
* 空key判断
* @param key
*/
private void keyNotNullCheck(K key) {
if (key == null) {
throw new IllegalArgumentException("key must not be null");
}
}
// 红黑树颜色相关
private Node<K, V> color(Node<K, V> node, boolean color) {
if (node == null) {
return node;
}
node.color = color;
return node;
}
private Node<K, V> red(Node<K, V> node) {
return color(node, RED);
}
private Node<K, V> black(Node<K, V> node) {
return color(node, BLACK);
}
private boolean colorOf(Node<K, V> node) {
return node == null ? BLACK : node.color;
}
private boolean isBlack(Node<K, V> node) {
return colorOf(node) == BLACK;
}
private boolean isRed(Node<K, V> node) {
return colorOf(node) == RED;
}
/**
* 比较值
* @param e1
* @param e2
* @return
*/
private int compare(K e1, K e2) {
if (comparator != null) {
return comparator.compare(e1, e2);
}
return ((Comparable<K>)e1).compareTo(e2);
}
// 旋转
private void rotateLeft(Node<K,V> grand){
Node<K,V> parent = grand.right;
Node<K,V> child = parent.left;
grand.right = child;
parent.left = grand;
afterRotate(grand, parent, child);
}
private void rotateRight(Node<K,V> grand){
Node<K,V> parent = grand.left;
Node<K,V> child = parent.right;
grand.left = child;
parent.right = grand;
afterRotate(grand, parent, child);
}
private void afterRotate(Node<K,V> grand, Node<K,V> parent, Node<K,V> child){
// 更新 parent
// 更新 p 的 parent 使成为当前子树的根节点
parent.parent = grand.parent;
if (grand.isLeftChild()){
grand.parent.left = parent;
}else if (grand.isRightChild()){
grand.parent.right = parent;
}else { // grand 是根节点
root = parent;
}
// 更新 p.left 的 parent
if (child != null){
child.parent = grand;
}
// 更新 g 的 parent
grand.parent = parent;
}
/**
* 根据 k 返回节点
* @param k
* @return
*/
private Node<K,V> node(K k){
Node<K,V> node = this.root;
while (node != null){
int cmp = compare(k,node.key);
if (cmp == 0){
return node;
}
if (cmp > 0){
node = node.right;
}else {
node = node.left;
}
}
return null;
}
/**
* 删除传入节点
* @param node
* @return
*/
private V remove(Node<K,V> node){
if (node == null){
return null;
}
size--;
V oldValue = node.value;
// 判断度为2
if (node.hasTwoChildren()){
// 获取后继节点
Node<K,V> s = successor(node);
// 后继节点的值覆盖当前节点的值
node.key = s.key;
node.value = s.value;
// 将node指向s节点
node = s;
}
// 获取被删除节点的子节点，如果左子节点为空则获取右子节点；
// 如果子节点都为空，则表示该节点是叶子节点返回null。
Node<K,V> relacement = node.left != null ? node.left : node.right;
if (relacement != null){ // node 是度为1的节点
// 更改parent
relacement.parent = node.parent;
// 更改parent的left（right）的指向
if (node.parent == null){ // node是度为1的根节点。
root = relacement;
}else if (node == node.parent.left){ // 被删除节点是父节点的左子节点
node.parent.left = relacement;
} else { // 被删除节点是父节点的右子节点
node.parent.right = relacement;
}
// 删除之后处理
afterRemove(relacement);
}else if(node.parent == null){ // node是叶子节点并且是根节点
root = null;
// 删除之后处理
afterRemove(node);
}else { //node 是普通叶子节点
if (node == node.parent.left){ // 当前节点是父节点的右子节点
node.parent.left = null;
}else { // 是父节点的左子节点
node.parent.right = null;
}
// 删除之后处理
afterRemove(node);
}
return oldValue;
}
/**
* 返回后继节点
* @param node
* @return
*/
private Node<K,V> successor(Node<K,V> node){
if (node == null) {
return null;
}
Node<K,V> prev = node.right;
// 前驱在左子树中
if (prev != null){
while (prev.left != null){
prev = prev.left;
}
return prev;
}
// 前驱在祖父节点中
while (node.parent != null && node == node.parent.right){
node = node.parent;
}
return node.parent;
}
/**
* 删除之后修复红黑树
* @param node
*/
private void afterRemove(Node<K,V> node) {
// 如果删除的节点是红色
// 或者 用以取代删除节点的子节点是红色
if (isRed(node)) {
black(node);
return;
}
Node<K,V> parent = node.parent;
// 删除的是根节点
if (parent == null) {
return;
}
// 删除的是黑色叶子节点【下溢】
// 判断被删除的node是左还是右
boolean left = parent.left == null || node.isLeftChild();
Node<K,V> sibling = left ? parent.right : parent.left;
if (left) { // 被删除的节点在左边，兄弟节点在右边
if (isRed(sibling)) { // 兄弟节点是红色
black(sibling);
red(parent);
rotateLeft(parent);
// 更换兄弟
sibling = parent.right;
}
// 兄弟节点必然是黑色
if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
// 兄弟节点没有1个红色子节点，父节点要向下跟兄弟节点合并
boolean parentBlack = isBlack(parent);
black(parent);
red(sibling);
if (parentBlack) {
afterRemove(parent);
}
} else { // 兄弟节点至少有1个红色子节点，向兄弟节点借元素
// 兄弟节点的左边是黑色，兄弟要先旋转
if (isBlack(sibling.right)) {
rotateRight(sibling);
sibling = parent.right;
}
color(sibling, colorOf(parent));
black(sibling.right);
black(parent);
rotateLeft(parent);
}
} else { // 被删除的节点在右边，兄弟节点在左边
if (isRed(sibling)) { // 兄弟节点是红色
black(sibling);
red(parent);
rotateRight(parent);
// 更换兄弟
sibling = parent.left;
}
// 兄弟节点必然是黑色
if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
// 兄弟节点没有1个红色子节点，父节点要向下跟兄弟节点合并
boolean parentBlack = isBlack(parent);
black(parent);
red(sibling);
if (parentBlack) {
afterRemove(parent);
}
} else { // 兄弟节点至少有1个红色子节点，向兄弟节点借元素
// 兄弟节点的左边是黑色，兄弟要先旋转
if (isBlack(sibling.left)) {
rotateLeft(sibling);
sibling = parent.left;
}
color(sibling, colorOf(parent));
black(sibling.left);
black(parent);
rotateRight(parent);
}
}
}
private static class Node<K, V> {
K key;
V value;
boolean color = RED;
Node<K, V> left;
Node<K, V> right;
Node<K, V> parent;
public Node(K key, V value, Node<K, V> parent) {
this.key = key;
this.value = value;
this.parent = parent;
}
public boolean isLeaf() {
return left == null && right == null;
}
public boolean hasTwoChildren() {
return left != null && right != null;
}
public boolean isLeftChild() {
return parent != null && this == parent.left;
}
public boolean isRightChild() {
return parent != null && this == parent.right;
}
public Node<K, V> sibling() {
if (isLeftChild()) {
return parent.right;
}
if (isRightChild()) {
return parent.left;
}
return null;
}
}
}
把
Map的value去掉就是一个Set。
- 使用
TreeMap实现Set：
/**
* @Description 使用TreeMap实现Set
* @date 2022/4/24 14:03
*/
public class TreeSetOfMap<E> implements Set<E> {
Map<E,Object> map = new TreeMap<>();
@Override
public int size() {
return map.size();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return map.isEmpty();
}
@Override
public void clear() {
map.clear();
}
@Override
public boolean contains(E e) {
return map.containsKey(e);
}
@Override
public void add(E e) {
map.put(e,null);
}
@Override
public void remove(E e) {
map.remove(e);
}
@Override
public void traversal(Visitor<E> visitor) {
map.traversal(new Map.Visitor<E, Object>() {
@Override
protected boolean visit(E e, Object o) {
return visitor.visit(e);
}
});
}
}
- 关于Java中集合和映射可以查看：Map和Set。
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
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