数据结构-集合Set

一 什么是集合和映射?

集合是高级数据结构的一种,它们的底层可以用多种方式来实现,就像之前的栈和队列一样。集合就像一个容器一样,我们这里实现的集合里边存储的数据是不能重复的,这样的数据结构可以帮助我们更加快速的进行统计。讲到这里是不是发现和我们之前的二分搜索树非常相似,其实这一次我们就会使用二分搜索树作为集合的底层实现。

二 二分搜索树实现集合Set

1⃣️ 实现集合Set接口
package com.mufeng.set;

/**
 * Created by wb-yxk397023 on 2018/7/4.
 */
public interface Set<E> {

    /**
     * 向集合中添加元素(实现去重的操作)
     * @param e
     */
    void add(E e);

    /**
     * 从集合中删除元素
     * @param e
     */
    void remove(E e);

    /**
     * 查询集合中是否有相同元素
     * @param e
     * @return
     */
    boolean contains(E e);

    /**
     * 获取集合中元素的个数
     * @return
     */
    int getSize();

    /**
     * 查看集合是否为空
     * @return
     */
    boolean isEmpty();
}
2⃣️ 实现具体的Set类
package com.mufeng.set;

import com.mufeng.binarySearchTree.BST;

/**
 * Created by wb-yxk397023 on 2018/7/4.
 */
public class BSTSet<E extends Comparable<E>> implements Set<E> {

    /**
     * 引入二分搜索树
     */
    private BST<E> bst;

    /**
     * 初始化bst
     */
    public BSTSet(){
        bst = new BST<>();
    }
    /**
     * 向集合中添加元素(实现去重添加)
     * @param e
     */
    @Override
    public void add(E e) {
        bst.add(e);
    }

    /**
     * 从集合中删除一个元素
     * @param e
     */
    @Override
    public void remove(E e) {
        bst.remove(e);
    }

    /**
     * 查看集合中是否包含元素e
     * @param e
     * @return
     */
    @Override
    public boolean contains(E e) {
        return bst.contains(e);
    }

    /**
     * 获取集合中元素的个数
     * @return
     */
    @Override
    public int getSize() {
        return bst.size();
    }

    /**
     * 查看集合是否为空
     * @return
     */
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return bst.isEmpty();
    }
}

其实不难发现,在使用二分搜索树实现集合的时候,我们没有做多余的操作,因为我们自己实现的二分搜索树已经完全包含了集合的所有特性;

三 测试

1⃣️ 编写测试工具类
package com.mufeng.set;

import java.io.FileInputStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;
import java.util.Locale;
import java.io.File;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.IOException;

/**
 * Created by wb-yxk397023 on 2018/7/4.
 */
public class FileOperation {
    // 读取文件名称为filename中的内容,并将其中包含的所有词语放进words中
    public static boolean readFile(String filename, ArrayList<String> words){

        if (filename == null || words == null){
            System.out.println("filename is null or words is null");
            return false;
        }

        // 文件读取
        Scanner scanner;

        try {
            File file = new File(filename);
            if(file.exists()){
                FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
                scanner = new Scanner(new BufferedInputStream(fis), "UTF-8");
                scanner.useLocale(Locale.ENGLISH);
            }
            else
                return false;
        }
        catch(IOException ioe){
            System.out.println("Cannot open " + filename);
            return false;
        }

        // 简单分词
        // 这个分词方式相对简陋, 没有考虑很多文本处理中的特殊问题
        // 在这里只做demo展示用
        if (scanner.hasNextLine()) {

            String contents = scanner.useDelimiter("\\A").next();

            int start = firstCharacterIndex(contents, 0);
            for (int i = start + 1; i <= contents.length(); )
                if (i == contents.length() || !Character.isLetter(contents.charAt(i))) {
                    String word = contents.substring(start, i).toLowerCase();
                    words.add(word);
                    start = firstCharacterIndex(contents, i);
                    i = start + 1;
                } else
                    I++;
        }

        return true;
    }

    // 寻找字符串s中,从start的位置开始的第一个字母字符的位置
    private static int firstCharacterIndex(String s, int start){

        for( int i = start ; i < s.length() ; i ++ )
            if( Character.isLetter(s.charAt(i)) )
                return I;
        return s.length();
    }
}
2⃣️ 引入测试文件

a-tale-of-two-cities.txt
pride-and-prejudice.txt

3⃣️ 编写测试程序
package com.mufeng;

import com.mufeng.set.BSTSet;
import com.mufeng.set.FileOperation;
import java.util.ArrayList;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Pride and Prejudice");

        ArrayList<String> words1 = new ArrayList<>();
        if(FileOperation.readFile("pride-and-prejudice.txt", words1)) {
            System.out.println("Total words: " + words1.size());

            BSTSet<String> set1 = new BSTSet<>();
            for (String word : words1)
                set1.add(word);
            System.out.println("Total different words: " + set1.getSize());
        }

        System.out.println();
        
        System.out.println("A Tale of Two Cities");

        ArrayList<String> words2 = new ArrayList<>();
        if(FileOperation.readFile("a-tale-of-two-cities.txt", words2)){
            System.out.println("Total words: " + words2.size());

            BSTSet<String> set2 = new BSTSet<>();
            for(String word: words2)
                set2.add(word);
            System.out.println("Total different words: " + set2.getSize());
        }
    }
}
测试结果

四 链表实现集合Set

package com.mufeng.set;

import com.mufeng.linkedList.LinkedList;

/**
 * Created by wb-yxk397023 on 2018/7/4.
 */
public class LinkedListSet<E> implements Set<E> {

    /**
     * 引入链表
     */
    private LinkedList<E> linkedList;

    /**
     * 初始化
     */
    public LinkedListSet(){
        linkedList = new LinkedList<>();
    }

    /**
     * 向集合中添加元素(去重添加)
     * @param e
     */
    @Override
    public void add(E e) {
        // 实现去重添加元素e
        if (!linkedList.contains(e)){
            linkedList.addFrist(e);
        }
    }

    /**
     * 从集合中删除元素
     * @param e
     */
    @Override
    public void remove(E e) {
        linkedList.removeElement(e);
    }

    /**
     * 查看集合是否包含元素e
     * @param e
     * @return
     */
    @Override
    public boolean contains(E e) {
        return linkedList.contains(e);
    }

    /**
     * 获取集合中元素的个数
     * @return
     */
    @Override
    public int getSize() {
        return linkedList.getSize();
    }

    /**
     * 查看集合是否为空
     * @return
     */
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return linkedList.isEmpty();
    }
}

五 测试

package com.mufeng;

import com.mufeng.set.FileOperation;
import com.mufeng.set.LinkedListSet;

import java.util.ArrayList;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Pride and Prejudice");

        ArrayList<String> words1 = new ArrayList<>();
        if(FileOperation.readFile("pride-and-prejudice.txt", words1)) {
            System.out.println("Total words: " + words1.size());

            LinkedListSet<String> set1 = new LinkedListSet<>();
            for (String word : words1)
                set1.add(word);
            System.out.println("Total different words: " + set1.getSize());
        }

        System.out.println();


        System.out.println("A Tale of Two Cities");

        ArrayList<String> words2 = new ArrayList<>();
        if(FileOperation.readFile("a-tale-of-two-cities.txt", words2)){
            System.out.println("Total words: " + words2.size());

            LinkedListSet<String> set2 = new LinkedListSet<>();
            for(String word: words2)
                set2.add(word);
            System.out.println("Total different words: " + set2.getSize());
        }
    }
}
测试结果

六 两种实现方式的性能对比

1⃣️ 测试类
package com.mufeng;

import com.mufeng.set.BSTSet;
import com.mufeng.set.FileOperation;
import com.mufeng.set.LinkedListSet;
import com.mufeng.set.Set;

import java.util.ArrayList;

public class Main {

    private static double testSet(Set<String> set, String filename){

        long startTime = System.nanoTime();

        System.out.println(filename);
        ArrayList<String> words = new ArrayList<>();
        if(FileOperation.readFile(filename, words)) {
            System.out.println("Total words: " + words.size());

            for (String word : words)
                set.add(word);
            System.out.println("Total different words: " + set.getSize());
        }
        long endTime = System.nanoTime();

        return (endTime - startTime) / 1000000000.0;
    }

    public static void main(String[] args) {

        String filename = "pride-and-prejudice.txt";

        BSTSet<String> bstSet = new BSTSet<>();
        double time1 = testSet(bstSet, filename);
        System.out.println("BST Set: " + time1 + " s");

        System.out.println();

        LinkedListSet<String> linkedListSet = new LinkedListSet<>();
        double time2 = testSet(linkedListSet, filename);
        System.out.println("Linked List Set: " + time2 + " s");

    }
}
测试结果
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