09-集合2-Set、TreeSet(BST,AVL,RBT底层复习)、HashSet(哈希表，拉链法，RBT优化 底层复习)

1.Set集合

1.1Set集合概述和特点【应用】

• 不可以存储重复元素
• 没有索引,不能使用普通for循环遍历 也不能通过索引来获取删除元素(无序自然无索引)

Set一大本领：去重
Set集合一大特点：存取顺序不一致

1.2Set集合的使用【应用】

存储字符串并遍历

    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new TreeSet<>();
        set.add("ccc");set.add("aaa");set.add("aaa");set.add("bbb");

        /*for (int i = 0; i < set.size(); i++) {
            //Set集合没有索引，所以不能通过普通索引获取元素方法遍历
        }*/

        //所有单列集合 均可用迭代器访问、遍历
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()){
            String s = it.next();
            System.out.print(s+" ");//"aaa bbb ccc "    重复的aaa只留下了一个 天然去重
        }

        System.out.println("\n------------");
        //Collection层面就实现了Iterable接口  所以单列集合都可以使用增强for
        for (String s : set) {
            System.out.print(s+" ");//"aaa bbb ccc "    存取的顺序也变了
        }
    }

2.TreeSet集合 (自动排序)(底层红黑树)

2.1TreeSet集合概述和特点【应用】

• 不可以存储重复元素
• 没有索引
• 可以将元素按照规则进行排序
  • TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序 （默认自然排序）
  • TreeSet(Comparator comparator) ：根据指定的比较器进行排序 （指定比较规则排序）

2.2TreeSet集合基本使用【应用】（元素自然排序）

存储Integer类型的整数并遍历

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Integer> ts=new TreeSet<>();
        ts.add(5);ts.add(3);ts.add(4);ts.add(1);ts.add(2);
        
        System.out.println(ts);//"[1, 2, 3, 4, 5]"  默认自然序排好了
    }

2.3自然排序Comparable的使用【应用】 (元素规则排序)

• 案例需求

  • 存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用无参构造方法
  • 要求：按照年龄从小到大排序

• 实现步骤

  1. 使用空参构造创建TreeSet集合
     • 用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序的
  2. 自定义的Student类实现Comparable接口
     • 自然排序，就是让元素所属的类实现Comparable接口，重写compareTo(T o)方法
  3. 重写接口中的compareTo方法
     • 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

• 代码实现

  学生类

  此例不指定比较规则(实现Comparable接口，重写compareTo方法)直接add，运行时会报错: ClassCastException

代码：

//实现接口
public class Student implements Comparable<Student>{//泛型也要写Student 臃肿了
    private String name;
    private Integer age;

    //此处空参构造

    //此处全参构造

    //此处所有get/set

    //此处toString
	
	//实现接口方法
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //根据年龄升序排序
        int result = this.age - o.age;
        return result;
    }
	
	//不实现接口，重写方法，add时就会报错  TreeSet就是BST的一种，插入即开始排序，必须有比较依据
}

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> tss=new TreeSet<>();
        Student s1 = new Student("小米", 18);
        Student s2 = new Student("小米蜜", 17);
        Student s3 = new Student("小米米", 19);
        Student s4 = new Student("小黑", 18);//排序规则下年龄相同返回0，即认为重复，不存入(得增强规则才行)
        tss.add(s1);tss.add(s2);tss.add(s3);tss.add(s4);
        System.out.println(tss);//年龄升序排序
    }

2.3自然排序Comparable的使用【应用】

• 案例需求

  • 存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用无参构造方法
  • 要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序

• 实现步骤

  1. 使用空参构造创建TreeSet集合
     • 用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序的
  2. 自定义的Student类实现Comparable接口
     • 自然排序，就是让元素所属的类实现Comparable接口，重写compareTo(T o)方法
  3. 重写接口中的compareTo方法
     • 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写
     • 姓名和年龄都一样(compareTo返回0)，才认为是同一个学生对象，（重复元素）不存入

• 代码实现

  学生类

public class Student implements Comparable<Student>{//泛型也要写Student 臃肿了
    private String name;
    private Integer age;

    //此处空参构造

    //此处全参构造

    //此处所有get/set

    //此处toString

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //首要条件年龄：根据年龄升序排序
        int result = this.age - o.age;
        //次要判断条件姓名：年龄相同时根据姓名字母序排序
        if(result==0) result=this.name.compareTo(o.getName());//遇到不熟悉api，查chm文档啊
        return result;
    }

测试类

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> tss=new TreeSet<>();
        Student s1 = new Student("zhangsan", 18);
        Student s2 = new Student("lisi", 17);
        Student s3 = new Student("wangwu", 19);
        Student s4 = new Student("zhaoliu", 18);
        Student s5 = new Student("qianqi", 20);
        Student s6 = new Student("zhaoliu", 18);//与s4重复不存
        tss.add(s1);tss.add(s2);tss.add(s3);tss.add(s4);tss.add(s5);tss.add(s6);

        for (Student student : tss) {
            System.out.println(student);
        }
    }

查下API，TreeSet的构造方法，肯定有所发现

2.4比较器排序Comparator的使用【应用】 (使用TreeSet集合的构造方法传递比较规则)

• 案例需求

  • 存储老师对象并遍历，创建TreeSet集合使用带参构造方法
  • 要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序

• 实现步骤

  • 用TreeSet集合存储自定义对象，带参构造方法使用的是比较器排序对元素进行排序的
  • 比较器排序，就是让集合构造方法接收Comparator的实现类对象，重写compare(T o1,T o2)方法
  • 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

• 代码实现

  老师类

public class Teacher {
    private String name;
    private Integer age;

    //此处空参构造

    //此处全参构造

    //此处所有get/set

    //此处toString
}

测试类1：匿名内部类

    public static void main(String[] args) {
        //说明TreeSet有对应的构造器
       TreeSet<Teacher> ts = new TreeSet<>(new Comparator<Teacher>() {//new接口  也就是匿名内部类实现一下
            @Override
            public int compare(Teacher o1, Teacher o2) {
                int result = o1.getAge()-o2.getAge();
                if(result==0) result = o1.getName().compareTo(o2.getName());
                return result;
            }
        });


        Teacher t1 = new Teacher("zhangsan",23);
        Teacher t2 = new Teacher("lisi",22);
        Teacher t3 = new Teacher("wangwu",24);
        Teacher t4 = new Teacher("zhaoliu",24);
        Teacher t5 = new Teacher("wangwu",24);//重复的不存

        ts.add(t1); ts.add(t2); ts.add(t3); ts.add(t4); ts.add(t5);

        for (Teacher t : ts) {
            System.out.println(t);
        }
    }

测试类2：lambda表达式

    public static void main(String[] args) {
        //说明TreeSet有对应的构造器
        TreeSet<Teacher> ts = new TreeSet<>((Teacher o1,Teacher o2)->{
            int result = o1.getAge()-o2.getAge();
            if(result==0) result=o1.getName().compareTo(o2.getName());
            return result;
        });

        Teacher t1 = new Teacher("zhangsan",23);
        Teacher t2 = new Teacher("lisi",22);
        Teacher t3 = new Teacher("wangwu",24);
        Teacher t4 = new Teacher("zhaoliu",24);
        Teacher t5 = new Teacher("wangwu",24);//重复的不存

        ts.add(t1); ts.add(t2); ts.add(t3); ts.add(t4); ts.add(t5);

        for (Teacher t : ts) {
            System.out.println(t);
        }
    }

运行结果同上

2.4两种比较方式总结【理解】

• 两种比较方式小结
  • 自然排序: 自定义类实现Comparable接口,重写compareTo方法,根据返回值进行排序
  • 比较器排序: 创建TreeSet对象的时候传递Comparator的实现类对象,重写compare方法,根据返回值进行排序
  • 在使用的时候,默认使用自然排序,当自然排序不满足现在的需求时,必须使用比较器排序
• 两种方式中关于返回值的规则
  • 如果返回值为负数，表示当前存入的元素是较小值，存左边
  • 如果返回值为0，表示当前存入的元素跟集合中元素重复了，不存
  • 如果返回值为正数，表示当前存入的元素是较大值，存右边
    

TreeSet比较器排序： “c” , “ab” , “df” , “qwer”

无法改String源码的compareTo()方法,只能用TreeSet<>(Comparator比较器)

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<String> ts = new TreeSet<>((String s1,String s2)->{
            if(s1.length()!=s2.length()) return s1.length()-s2.length();
            return s1.compareTo(s2);
        });
        ts.add("c"); ts.add("qwer"); ts.add("df");  ts.add("ab");
        for (String t : ts) {
            System.out.print(t+" ");// "c ab df qwer "
        }
    }

3.TreeSet底层就是红黑树

3.数据结构 (简单基础知识 可略)

树的基础：参考 树专题

3.1二叉树【理解】

• 二叉树的特点

  • 二叉树中,任意一个节点的度要小于等于2
    • 节点: 在树结构中,每一个元素称之为节点
    • 度: 每一个节点的子节点数量称之为度

• 二叉树结构图
  

3.2二叉查找树【理解】

• 二叉查找树的特点

  • 二叉查找树,又称二叉排序树或者二叉搜索树
  • 每一个节点上最多有两个子节点
  • 左子树上所有节点的值都小于根节点的值
  • 右子树上所有节点的值都大于根节点的值

• 二叉查找树结构图
  

• 二叉查找树和二叉树对比结构图

• 二叉查找树添加节点规则

  • 小的存左边
  • 大的存右边
  • 一样的不存(修改规则也可以存储，只是可能不能算是严格意义上的BST了)

3.3平衡二叉树【理解】

参考： 算法笔记9.5 平衡二叉树(AVL树)

• 平衡二叉树的特点

  • 二叉树左右两个子树的高度差不超过1
  • 任意节点的左右两个子树都是一颗平衡二叉树

• 平衡二叉树旋转

  • 旋转触发时机

    • 当添加一个节点之后,该树不再是一颗平衡二叉树

  • 左旋

    • 就是将根节点的右侧往左拉,原先的右子节点变成新的父节点,并把多余的左子节点出让,给已经降级的根节点当右子节点

• 右旋

  • 就是将根节点的左侧往右拉,左子节点变成了新的父节点,并把多余的右子节点出让,给已经降级根节点当左子节点

• 平衡二叉树和二叉查找树对比结构图

• 平衡二叉树旋转的四种情况

  • 左左

    • 左左: 当根节点左子树的左子树有节点插入,导致二叉树不平衡

    • 如何旋转: 直接对整体进行右旋即可

• 左右

  • 左右: 当根节点左子树的右子树有节点插入,导致二叉树不平衡

  • 如何旋转: 先在左子树对应的节点位置进行左旋,在对整体进行右旋

• 右右

  • 右右: 当根节点右子树的右子树有节点插入,导致二叉树不平衡

  • 如何旋转: 直接对整体进行左旋即可

• 右左

  • 右左:当根节点右子树的左子树有节点插入,导致二叉树不平衡

  • 如何旋转: 先在右子树对应的节点位置进行右旋,在对整体进行左旋

3.4红黑树【理解】

每个结点有红或者黑两种颜色
avl的改进，不必每次失衡都要左右旋调整，偶尔调整，(不严格平衡) 相对也是平衡的，效率还进一步提高了(减少调整次数)

• 红黑树的特点

  • 平衡二叉B树(最初的名字)
  • 每一个节点可以是红或者黑
  • 红黑树不是高度平衡的,它的平衡是通过"自己的红黑规则"进行实现的

• 红黑树的红黑规则有哪些

1. 每一个节点或是红色的,或者是黑色的

2. 根节点必须是黑色

3. 如果一个节点没有子节点或者父节点,则该节点相应的指针属性值为Nil,这些Nil视为叶节点,每个叶节点(Nil)是黑色的

4. 如果某一个节点是红色,那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连 的情况)

5. 对每一个节点,从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上,均包含相同数目的黑色节点

根叶黑
不红红
黑路同
（左根右）

• 红黑树添加节点的默认颜色

  • 添加节点时,默认为红色,效率高

• 红黑树添加节点后如何保持红黑规则

  • 根节点位置
    • 直接变为黑色
  • 非根节点位置
    • 父节点为黑色
      • 不需要任何操作,默认红色即可
    • 父节点为红色
      • 叔叔节点为红色
        1. 将"父节点"设为黑色,将"叔叔节点"设为黑色
        2. 将"祖父节点"设为红色
        3. 如果"祖父节点"为根节点,则将根节点再次变成黑色
      • 叔叔节点为黑色
        1. 将"父节点"设为黑色
        2. 将"祖父节点"设为红色
        3. 以"祖父节点"为支点进行旋转

3.5成绩排序案例【应用】

TreeSet底层就是红黑树

• 案例需求

  • 用TreeSet集合存储多个学生信息(姓名,语文成绩,数学成绩,英语成绩),并遍历该集合
  • 要求: 按照总分从高到低出现

• 代码实现

  学生类

public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private Integer chinese;//语文成绩
    private Integer math;//数学成绩
    private Integer english;//英语成绩

    //空参构造

    //全参构造

    //所有get/set

    public Integer getSum(){
        return chinese+math+english;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", chinese=" + chinese +
                ", math=" + math +
                ", english=" + english +
                ", 总分=" + getSum() +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        int result=this.getSum()-o.getSum();
        //总分一样依次比较数学，英语
        if(result==0) result=this.getMath()-o.getMath();
        if(result==0) result=this.getEnglish()-o.getEnglish();
        //分数完全一样  姓名序排序
        if(result==0) result=this.getName().compareTo(o.getName());
        return -result;//result是升序    -result是降序
    }
}

测试类：

   public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts=new TreeSet<>();
        Student s1 = new Student("daHei",80,80,80);
        Student s2 = new Student("erHei",90,90,90);
        Student s3 = new Student("xiaoHei",100,100,100);

        ts.add(s1);ts.add(s2);ts.add(s3);
        //根据提供的比较规则，按照红黑树的性质依次插入到RBT中
        //遍历时底层自动帮你中序遍历

        for (Student t : ts) {
            System.out.println(t);//ClassCastException  不添加比较条件 直接add后输出 有问题报错
        }
    }

人家帮你把数据结构写好后，你自己用起来，那是相当方便(一点算法细节都不涉及)(但是自己要知道)

4.HashSet集合 (底层查找那章的Hash表) (不会自动排序，仅仅用Hash表去重了下)（Hash查找非常快，引入RBT后去重也非常快）(查看源码底层用到了HashMap(就是一种Hash表呀))

4.1HashSet集合概述和特点【应用】（根据hashCode直接计算出索引值 查找很快）

• 底层数据结构是哈希表
• 存取无序
• 不可以存储重复元素
• 没有索引,不能使用普通for循环遍历

4.2HashSet集合的基本应用【应用】

存储int并遍历

    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Integer> hs=new HashSet<>();

        hs.add(10); hs.add(20); hs.add(15); hs.add(5); hs.add(8); hs.add(20);

        Iterator<Integer> it = hs.iterator();
        while (it.hasNext()){
            Integer next = it.next();
            System.out.print(next+" ");//20 5 8 10 15 无序(只去重)
        }
        System.out.println("\n===============================");
        for (Integer h : hs) {
            System.out.print(h+" ");//20 5 8 10 15   无序(只去重)
        }
    }

4.3哈希值【理解】

• 哈希值简介

  ​ 是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值

• 如何获取哈希值

  ​ Object类中的public int hashCode()：返回对象的哈希码值

• 哈希值的特点

  • 同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的
  • 默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。而重写hashCode()方法，可以实现让不同对象的哈希值相同
  • 重写hashCode一般都是通过对象属性值计算哈希值，此时不同对象属性值相同，哈希值也相同

4.4哈希表结构【理解】 （★真正理解了hashcode和equals方法的作用★)

hashcode就是key，根据key直接计算出地址值
冲突(两个元素计算到同一个地址值)，equals出马看是否是同一个元素(重复丢弃，不同则探测法或者拉链法)

• JDK1.8以前

  ​ 数组 + 链表 ★

• JDK1.8以后

  • 拉链节点个数少于等于8个

    ​ 数组 + 链表

  • 拉链节点个数多于8个

    ​ 数组 + 红黑树
    (拉链过长，每次比较遍历很长的一个链表，时间代价过大，这时将拉链变成红黑树，存储结构没变，时间复杂度却降下来了)

4.5HashSet集合存储学生对象并遍历【应用】（用现成的数据结构太简单享受了）

• 案例需求

  • 创建一个存储学生对象的集合，存储多个学生对象，使用程序实现在控制台遍历该集合
  • 要求：学生对象的成员变量值相同，我们就认为是同一个对象

• 代码实现

  学生类

public class Student {
    private String name;
    private Integer age;

    //空参构造

    //全参构造

    //所有get/set

   //tostring
	
	//HashSet存储自定义对象 必须重写equals、hashCode
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return Objects.equals(name, student.name) &&
                Objects.equals(age, student.age);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

查找：

    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Student> hs= new HashSet<>();

        Student s1 = new Student("xiaohei", 23);
        Student s2 = new Student("xiaohei", 23);
        Student s3 = new Student("xiaomei", 22);

        hs.add(s1);hs.add(s2);hs.add(s3);

        for (Student h : hs) {
            System.out.println(h);//去重 但 无序
        }
    }

• 总结

  ​ HashSet集合存储自定义类型元素,要想实现元素的唯一,要求必须重写hashCode方法和equals方法

注意: HashSet存储自定义对象 必须重写equals、hashCode (否则身为一个set,去重都去不了)

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小知识

遇到不熟悉api，查chm文档啊

if(result==0) result=this.name.compareTo(o.getName());//遇到不熟悉api，查chm文档啊

• TreeSet：
  1、首先是Set 元素不重复
  2、其实底层是红黑树(前提也是BST),天然有序(中序遍历)，查找效率O(2log2n)
  红黑树插入时既可以有序，有可以去重(相等不插入就是了)

• HashSet:
  1、首先是Set 元素不重复
  2、底层是Hash表，equals方法，Hash[n]表记录是否出现过，来去重了下。
  3、元素打乱，无序(不会自动给你排序，没有那个机制)
  Hash表，只能去重，无法排序，因此只能排序