Java 集合框架 03

集合框架·HashSet 和 TreeSet

 HashSet存储字符串并遍历

* A：Set集合概述及特点
　　* 通过API查看即可
　　* 无索引，不可以重复，无序

* B：案例演示
　　* HashSet存储字符串并遍历

HashSet<String> hsHashSet = new HashSet<String>();
boolean b1 = hsHashSet.add("a");
boolean b2 = hsHashSet.add("a");

System.out.println(b1);
System.out.println(b2);

    public String toString() {
        Iterator<E> it = iterator();
        if (! it.hasNext())
            return "[]";

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append('[');
        for (;;) {
            E e = it.next();
            sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
            if (! it.hasNext())
                return sb.append(']').toString();
            sb.append(',').append(' ');
        }
    }

package com.heima.set;

import java.util.HashSet;

import com.heima.bean.Person;

public class Demo1_HashSet {
    public static void main(String[] args) {
        // demo1();
    }

    public static void demo1() {
        HashSet<String> hsHashSet = new HashSet<String>(); // 创建HashSet对象
        boolean b1 = hsHashSet.add("a");
        boolean b2 = hsHashSet.add("a"); // 当向set集合中存储重复元素时返回false
        hsHashSet.add("b");
        hsHashSet.add("c");
        hsHashSet.add("d");
        hsHashSet.add("e");
        
        System.out.println(hsHashSet); // HashSet的继承体系中有重写toString方法
        System.out.println(b1);    // true
        System.out.println(b2); // false

        for (String string : hsHashSet) { // 只要能用迭代器迭代的，就可以使用增强for循环遍历
            System.out.println(string);
        }
    }
}

HashSet存储自定义对象保证元素的唯一性

* A：案例演示
　　* 存储自定义对象，并保证元素的唯一性

HashSet<Person> hs = new HashSet<Person>();
hs.add(new Person("张三", 23));jinke
hs.add(new Person("张三", 23));
hs.add(new Person("张三", 23));
hs.add(new Person("李四", 24));
hs.add(new Person("李四", 24));
hs.add(new Person("张三", 23));

* 重写hashCode() 和 equals() 方法
　　* hashCode() 的重写应尽可能少调用equals() 方法

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + age;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) // 调用的和传入的是同一个对象
            return true;
        if (obj == null) // 传入的对象为null，调用的不可能为null
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass()) // getClass方法返回 字节码文件
            return false;
        Person other = (Person) obj; // 向下转型，保证不会出现强转异常
        if (age != other.age)
            return false;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        } else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        return true;
    }

package com.heima.set;

import java.util.HashSet;

import com.heima.bean.Person;

public class Demo1_HashSet {
    public static void main(String[] args) {
         demo2();
    }

    public static void demo2() {
        HashSet<Person> hs = new HashSet<Person>();
        hs.add(new Person("张三", 23));
        hs.add(new Person("张三", 23));
        hs.add(new Person("张三", 23));
        hs.add(new Person("李四", 24));
        hs.add(new Person("李四", 24));
        hs.add(new Person("张三", 23));

        System.out.println(hs.size()); // 只有两个元素
        System.out.println(hs);
    }
}

HashSet存储自定义对象保证元素唯一性图解及代码优化

* A：画图演示
　　* 画图说明比较过程

* B：代码优化
　　* 为了减少比较，优化hashCode() 代码的写法
　　* 最终版就是自动生成即可

HashSet保证元素唯一性的原理

* A：HashSet原理
　　* 我们使用Set集合都是需要去掉重复元素的，如果在存储的时候逐个调用 equals方法比较效率较低
　　* 哈希算法提高了去重复的效率，降低了使用equals() 方法的次数
　　* 当 HashSet 调用add() 方法存储对象的时候，就会先调用对象的 hashCode()方法得到一个哈希值，然后再集合中查找是否有哈希值相同的对象
　　　　* 如果没用哈希值相同的对象就直接存入集合
　　　　* 如果有哈希值相同的对象，就和哈希值相同的对象逐个进行 equals() 比较，比较结果为 false就存入，为 true就不存

* B：将自定义的对象存入HashSet去重复
　　* 类中必须重写hashCode() 和 equals() 方法
　　* hashCode() ：属性相同的对象返回值就必须相同，属性不同的对象返回值尽量不同（提高效率）
　　* equals() ：属性相同的返回 true，属性不同的返回 false，返回 false的时候存储

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31; // 选31的原因：质数可降低冲突率；大小合适；可以被 JVM 优化 -> 31 * i = (i << 5) - i
        int result = 1;
        result = prime * result + age;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) // 如果调用的和传入的是同一个对象，自己和自己比较
            return true; // 直接返回true
        if (obj == null) // 传入的对象为null，调用的不可能为null，不然不可能调用方法
            return false; // 直接返回false
        if (getClass() != obj.getClass()) // 判断字节码文件是否相同，getClass方法返回 字节码文件
            return false;
        Person other = (Person) obj; // 向下转型，之前的判断可以保证不会出现类型转换异常
        if (age != other.age) // 具体判断属性是否相等
            return false;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        } else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        return true;
    }

LinkedHashSet的概述和使用

* A：LinkedHashSet的特点

* B：案例演示
　　* LinkedHashSet的特点
　　　　* 可以保证怎么存就怎么取

package com.heima.set;

import java.util.LinkedHashSet;

public class Demo2_LinkedHashSet {
    /*
     * LinkedHashSet
     * 底层是链表实现的，是set集合中唯一一个能保证怎么存就怎么取的集合对象
     * 因为是HashSet的子类，所以也是保证元素唯一的，与HashSet的原理一样
     */
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> lhs = new LinkedHashSet<String>(); // 创建LinkedHashSet对象
        lhs.add("a"); // 向LinkedHashSet内存储元素
        lhs.add("b");
        lhs.add("c");
        lhs.add("d");
        lhs.add("d");
        lhs.add("d");
    
        System.out.println(lhs);
    }
}

产生10个1-20之间的随机数要求随机数不重复

* A：案例演示
　　* 需求：编写一个程序，获取10个1至20的随机数，要求随机数不能重复。并把最终的随机数输出到控制台

package com.heima.test;

import java.util.HashSet;
import java.util.Random;

public class Test1 {
    /*
     * 分析：
     * 1、有Random类创建随机数对象
     * 2、元素不能重复，用HashSet存储
     * 3、如果HashSet的size是小于10，就不断地存储
     * 4、通过Random类中的nextInt(n)方法获取1到20之间的随机数
     * 5、遍历集合，打印元素
     */
    public static void main(String[] args) {
        Random r = new Random(); // 创建Random对象
        HashSet<Integer> hs = new HashSet<Integer>(); // 创建泛型为Integer的HashSet集合
        while (hs.size() < 10) {
            int num = r.nextInt(20) + 1; // 生成1到20的随机数
            hs.add(num);
        }
        for (Integer integer : hs) { // 遍历集合
            System.out.println(integer); // 打印每一个元素
        }
    }
}

键盘读入一行字符串，去重后打印

* 使用Scanner 从键盘读取一行输入，去掉其中重复的字符，打印出不同的那些字符

package com.heima.test;

import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Scanner;

public class Test2 {
    /*
     * 分析：
     * 1、创建Scanner对象
     * 2、创建LinkedHashSet对象，保证怎么存怎么取
     * 3、将字符串转换为数组，获取每一个字符，存储再集合中，自动去除重复
     * 4、遍历集合，打印每个字符
     */
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in); // 创建Scanner对象
        LinkedHashSet<Character> lhs = new LinkedHashSet<Character>(); // 创建泛型为CHaracter的LinkedHashSet集合
        System.out.println("请输入一行字符串");
        String str = sc.nextLine(); // 键盘录入字符串
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) { // 遍历字符串
            char c = str.charAt(i); // 转换为字符
            lhs.add(c); // 将字符存入到集合中
        }
        System.out.println(lhs); // 打印集合

    }
}

去除集合中的重复元素

* A：案例演示
　　* 去除集合中的重复元素

package com.heima.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.List;

public class Test3 {
    /*
     * 分析：
     * 1、创建List集合存储若干个重复元素
     * 2、单独定义一个方法去除重复
     * 3、打印List集合
     */
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); // 创建泛型为String的ArrayList集合
        list.add("a"); // 存储若干个元素
        list.add("a");
        list.add("b");
        list.add("b");
        list.add("b");
        list.add("b");
        list.add("c");
        list.add("c");
        list.add("c");
        list.add("c");
        list.add("c");
        list.add("c");
        list.add("c");
        list.add("a");
        
        getSingle(list); // 单独定义方法去重
        System.out.println(list); // 打印集合
        
    }
    /*
     * 分析：
     * 1、创建LinkedHashSet
     * 2、将List集合中的所有元素添加到LinkedHashSet中
     * 3、清空List集合
     * 4、将LinkedHashSet中的元素添加回List中
     */
    public static void getSingle(List<String> list) { 
        LinkedHashSet<String> lhs = new LinkedHashSet<String>(); // 创建泛型为String的LinkedHashSet集合
        lhs.addAll(list); // 将List集合中的所有元素都添加到LinkedHashSet中
        list.clear(); // 清空List
        list.addAll(lhs); // 将LinkedHashSet中的元素添加到List中
    }
    
    
}

TreeSet存储元素并遍历

* A：案例演示
　　* TreeSet存储 Integer类型的元素并遍历
　　* TreeSet存储 Person对象

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        int num = this.name.compareTo(o.name); // 名字是主要条件
        return num == 0 ? this.age - o.age : num;
    }

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        int num = this.age - o.age; // 年龄是比较的主要条件
        return num == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : num; // 名字是次要条件 }

    }

    public int compareTo(Person o) {
        int length = this.name.length() - o.name.length(); // 比较长度为主要条件
        int num = length == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : length; // 比较长度为次要条件
        return num == 0 ? this.age - o.age : num; // 比较年龄为再次条件
    }

package com.heima.set;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

import com.heima.bean.Person;

public class Demo3_TreeSet {
    /*
     * TreeSet集合可以对对象元素进行排序，同时也能保证元素的唯一
     * 当compareTo方法返回0时，集合中只有一个元素
     * 当compareTo方法返回正数的时候，集合会怎么存怎么取
     * 当compareTo方法返回符数的时候，集合会倒序存储
     */
    public static void main(String[] args) {
        // demo1();
        // demo2();
        // demo3();
        // demo4();
        // demo5();
    }

    public static void demo5() {
        TreeSet<String> ts = new TreeSet<String>(new CompareByLen());
        ts.add("aaa");
        ts.add("z");
        ts.add("wc");
        ts.add("a");
        System.out.println(ts);
    }

    public static void demo4() {
        TreeSet<Person> pts = new TreeSet<Person>();
        pts.add(new Person("zhangsan", 23));
        pts.add(new Person("lisi", 13));
        pts.add(new Person("wangwu", 43));
        pts.add(new Person("zhaoliu", 33));

        System.out.println(pts);
    }

    public static void demo3() {
        TreeSet<Person> pts = new TreeSet<Person>();
        pts.add(new Person("张三", 23));
        pts.add(new Person("李四", 13));
        pts.add(new Person("王五", 43));
        pts.add(new Person("赵六", 33));

        System.out.println(pts);
    }

    public static void demo2() {
        TreeSet<Person> pts = new TreeSet<Person>();
        pts.add(new Person("张三", 23));
        pts.add(new Person("张三", 23));
        pts.add(new Person("李四", 24));
        pts.add(new Person("李四", 24));
        pts.add(new Person("李四", 24));
        pts.add(new Person("李四", 24));
        pts.add(new Person("张三", 23));
        pts.add(new Person("张三", 23));
        pts.add(new Person("王五", 25));
        pts.add(new Person("王五", 25));
        pts.add(new Person("王五", 25));
        pts.add(new Person("赵六", 26));
        pts.add(new Person("赵六", 26));
        pts.add(new Person("王五", 25));

        System.out.println(pts);
    }

    public static void demo1() {
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>(); // TreeSet是用来对元素进行排序的
        ts.add(1);
        ts.add(1);
        ts.add(1);
        ts.add(2);
        ts.add(2);
        ts.add(1);
        ts.add(3);
        ts.add(3);
        ts.add(3);
        ts.add(3);

        System.out.println(ts);
    }
}

class CompareByLen implements Comparator<String> {

    @Override
    public int compare(String o1, String o2) {
        int num = o1.length() - o2.length();
        return num == 0 ? o1.compareTo(o2) : num;
    }

}

TreeSet保证元素唯一和自然排序的原理和图解

* A：画图演示
　　* TreeSet保证元素是唯一的 和 自然排序的原理和图解

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        int num = this.age - o.age; // 年龄是比较的主要条件
        return num == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : num; // 名字是次要条件 }

    }

TreeSet存储自定义对象并遍历练习1

* A：案例演示
　　* TreeSet存储自定义对象并遍历（按照姓名排序）

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        int num = this.name.compareTo(o.name); // 按照姓名排序
        return num == 0 ? this.age - o.age : num;
    }

    public int compareTo(String anotherString) {
        byte v1[] = value;
        byte v2[] = anotherString.value;
        byte coder = coder();
        if (coder == anotherString.coder()) {
            return coder == LATIN1 ? StringLatin1.compareTo(v1, v2)
                                   : StringUTF16.compareTo(v1, v2);
        }
        return coder == LATIN1 ? StringLatin1.compareToUTF16(v1, v2)
                               : StringUTF16.compareToLatin1(v1, v2);
     }

TreeSet存储自定义对象并遍历练习2

* A：案例演示
　　* TreeSet存储自定义对象并遍历练习2（按照姓名的长度排序）

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        int length = this.name.length() - o.name.length(); // 比较长度为主要条件
        int num = length == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : length; // 比较长度为次要条件，如果length为0，再比较姓名
        return num == 0 ? this.age - o.age : num; // 比较年龄为再次要的条件，如果num为=，再比较年龄
    }

TreeSet保证元素唯一和比较器排序的原理

* A：案例演示
　　* TreeSet保证元素唯一和比较器排序的原理及代码实现

 

package com.heima.set;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

import com.heima.bean.Person;

public class Demo3_TreeSet {
    
    public static void main(String[] args) {
        // demo5();
    }

    public static void demo5() {
        // 需求：将字符串按照长度排序
        TreeSet<String> ts = new TreeSet<String>(new CompareByLen()); 
        ts.add("aaa");
        ts.add("z");
        ts.add("wc");
        ts.add("a");
        System.out.println(ts);
    }
}

class CompareByLen implements Comparator<String> {

    @Override
    public int compare(String o1, String o2) {
        int num = o1.length() - o2.length(); // 以字符串长度比较为主要条件
        return num == 0 ? o1.compareTo(o2) : num;
    }

}

TreeSet原理详解

* A：特点
　　* TreeSet 是用来排序的，可以指定一个顺序，对象存入之后会按照指定的顺序排列

* B：使用方法
　　* a：自然顺序（Comparable）
　　　　* TreeSet 类的 add() 方法中会把存入的对象提升为 Comparable 类型
　　　　* 调用对象的 compareTo() 方法和集合中的其他元素进行比较
　　　　* 根据 compareTo() 方法返回的结果进行存储

　　* b：比较器顺序：
　　　　* 创建 TreeSet 时可以指定一个 Comparator
　　　　* 如果传入了 Comparator 的子类对象，那么TreeSet就会按照比较器中的顺序排序
　　　　* add() 方法内部会自动调用Comparator 接口中的 compare() 方法排序

　　* c：两种方式的区别：
　　　　* TreeSet 构造函数什么都不传，默认按照类中的 Comparable 的顺序（没有就报错 ClassCastException）
　　　　* TreeSet 如果传入 Comparator，就优先按照 Comparator

 练习1

* 在一个集合中存储了无序且重复的字符串，定义一个方法，让其有序（字典顺序），而且还不能去除重复
* 难点在于compare方法的重写上

package com.heima.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class Test4 {
    /*
     * 分析：
     * 1、定义一个List集合，并存储重复且无序的字符串
     * 2、定义方法，对其排序并且保留重复
     * 3、打印List集合
     */
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> alist = new ArrayList<String>(); // 定义泛型为String的ArrayList
        alist.add("aaa"); // 向集合内存储数据
        alist.add("aaa");
        alist.add("ccc");
        alist.add("ccc");
        alist.add("ddd");
        alist.add("ddd");
        alist.add("ddd");
        alist.add("ddd");
        alist.add("eeeeeee");
        alist.add("eeeeeee");
        alist.add("eeeeeee");
        alist.add("cly");
        alist.add("cly");
        alist.add("aaa");
        
        sort(alist); // 定义方法对其排序保留重复
        
        System.out.println(alist);
    }
    
    /*
     * 分析：
     * 1、创建TreeSet集合对象，因为String本身就具备比较功能，但是重复不会保留，所以我们用比较器
     * 2、将list集合中的所有元素添加到TreeSet集合中，对其排序，但保留重复
     * 3、清空list
     * 4、将TreeSet中的元素添加到list中
     */
    private static void sort(ArrayList<String> alist) {
        TreeSet<String> ts = new TreeSet<String>(new Comparator<String>() { // 创建泛型为String的TreeSet集合，构造方法中传入匿名内部类
            @Override
            public int compare(String s1, String s2) { // 重写compare方法
                int num = s1.compareTo(s2);
                return num == 0 ? 1 : num; // 如果字符串相同就返回1或是其他任意非零数字，使其保留；如果不相同，就按照字符串的compareTo()方法
            }
        });
        
        ts.addAll(alist); // 将list中的元素添加到TreeSet中
        alist.clear(); // 清空list
        alist.addAll(ts); // 将TreeSet中的元素添加到list中
        
    }
}

练习2

* 从键盘接收一个字符串，程序对其中所有字符进行排序，例如键盘输入：helloitcast 程序打印：acehillostt

package com.heima.test;

import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;
import java.util.TreeSet;


public class Test5 {
    /*
     * 分析：
     * 1、键盘录入字符串，新建Scanner对象
     * 2、将字符串转换为字符数组
     * 3、定义TreeSet集合，传入比较器并对字符进行排序且保留重复
     * 4、遍历字符数组，将每个字符存储在TreeSet中
     * 5、遍历TreeSet集合，打印字符
     */
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in); // 创建键盘录入对象
        System.out.println("请输入一行字符串");
        String str = sc.nextLine(); // 录入字符串
        char[] arr = str.toCharArray(); // 将字符串转换为字符数组
        TreeSet<Character> ts = new TreeSet<Character>(new Comparator<Character>() { // 创建泛型为Character的TreeSet集合，并且传入一个比较器的匿名对象
            @Override
            public int compare(Character o1, Character o2) {
                int num = o1.compareTo(o2);
                return num == 0 ? 1 : num; // 如果两个字符相等，返回非零数；如果不同，按照字典顺序排序
            }
        });
        
        for (Character character : arr) { // 遍历数组,手动装箱
            ts.add(character); // 将每一个字符存储到TreeSet中
        }
        for (Character character : ts) { // 遍历TreeSet
            System.out.print(character); // 打印字符
        }
    }
}

练习3

* 程序启动后，从键盘接收多个整数，知道输入quit时结束，把所有的整数倒叙排列打印

package com.heima.test;

import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;
import java.util.TreeSet;

public class Test6 {
    /*
     * 分析：
     * 1、创建Scanner对象，键盘录入
     * 2、创建TreeSet集合对象，传入比较器对象
     * 2、定义无限循环，遇到quit时退出
     */
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in); // 创建键盘录入对象
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>(new Comparator<Integer>() { // 创建泛型为Integer的TreeSet集合，并传入Comparator的匿名内部类
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                int num = o2.compareTo(o1); // 实现倒序
                return num == 0 ? 1 : num;
            }
        });
        while (true) { // 定义无限循环
            String str = sc.nextLine(); // 键盘录入字符串
            if ("quit".equals(str)) { // 判断是否为quit
                break;
            }
            try {
                Integer integer = Integer.parseInt(str); // 将字符串型数字转换为数字型数字
                ts.add(integer); // 将数字添加到TreeSet中
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("录入错误,请重写录入");
            }
        }
        
        for (Integer integer : ts) { // 遍历集合
            System.out.print(integer + " "); // 打印元素
        }

    }
}

练习4

* 键盘录入5个学生信息（姓名，语文成绩，数学成绩，英语成绩），按照总分从高到低输出到控制台

package com.heima.test;

import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;
import java.util.TreeSet;

import com.heima.bean.Student;

public class Test7 {
    /*
     * 分析：
     * 1、定义学生类
     *         成员变量：姓名，语文成绩，数学成绩，英语成绩，总成绩（通过三门成绩算出来）
     *         成员方法：空参，有参构造，有参构造的参数分别时：姓名，语文成绩，数学成绩，英语成绩
     *                 toString() 方法
     * 2、创建键盘录入对象，Scanner
     * 3、创建TreeSet集合，按照总分排序
     * 4、录入五个学生，所以以集合中的学生个数为判断条件，如果size小于5，就存储
     * 5、将录入的字符串切割，用逗号切割，返回一个字符串数组，将字符串数组中的第二个元素开始转换成int数
     * 6、将转换后的结果封装成Student对象，将Student对象添加到TreeSet集合中
     * 7、遍历TreeSet集合，打印元素
     */
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in); // 创建Scanner对象        
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() { // 创建泛型为Student的TreeSet集合，并传入比较器的匿名内部类
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) { // 重写方法
                int num = o2.getSum() - o1.getSum();
                return num == 0 ? 1 : num; // 依据总分排序
            }
        });
        
        System.out.println("请输入学生成绩格式是：姓名，语文成绩，数学成绩，英语成绩"); // 提示输入
        while (ts.size() < 5) {
            String line = sc.nextLine(); // 键盘录入
            String[] arr = line.split(","); // 切割字符串
            int chinese = Integer.parseInt(arr[1]); // 将数字字符串转换为数字
            int math = Integer.parseInt(arr[2]);
            int english = Integer.parseInt(arr[3]);
            
            ts.add(new Student(arr[0], chinese, math, english)); // 通过有参构造创建Student对象并存入TreeSet中
        }
        
        for (Student student : ts) { // 遍历TreeSet
            System.out.println(student); // 打印元素
        }
    }
}