上一篇博客：Collection、Iterator迭代器、泛型、扑克牌案例之lbwnb

目录

  • 数据结构初步
  • 栈
  • 队列
  • 数组
  • 链表
  • 红黑树
  • List集合
  • List接口
  • List的子类ArrayList、LinkedList
  • Set接口
  • HashSet集合
  • LinkedHashSet
  • 可变参数
  • Collections
  • 练习—对象Comparetor排序

开始

一、数据结构初步

1.1 数据结构有什么用

当你用着java里面的容器类很爽的时候，你有没有想过，怎么ArrayList就像一个无限扩充的数组，也好像链表之类的。好用吗？好用，这就是数据结构的用处，只不过你在不知不觉中使用了。

现实世界的存储，我们使用的工具和建模。每种数据结构有自己的优点和缺点，想想如果Google的数据用的是数组的存储，我们还能方便地查询到所需要的数据吗？而算法，在这么多的数据中如何做到最快的插入，查找，删除，也是在追求更快。

Java是面向对象的语言----》自动挡汽车

C—》手动挡吉普

数据结构—》发动机变速箱的工作原理

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_数据结构

1.2 栈

  • 栈：stack，又称堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在标的一段进行插入和删除操作，不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作
  • 采用该结构的集合，对元素的存、取特点：
  • 先进后出：

即存进去的元素，要在它后面的元素依次的取出后，才能取出该元素。例如，子弹押进弹夹，先压进去的子弹在下面，开枪时候，弹出上面的子弹，才能弹出下面的子弹。

栈的入口、出口都是栈的顶端位置

调用类中的方法时，方法就是要进栈，一个方法执行完才能执行另外一个

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_队列_02

  • 压栈：就是存元素，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有的元素依次向栈底方向移动一个位置
  • 弹栈：就是取元素，把栈的顶端元素取出来，栈中已有的元素依次向栈顶位置移动

1.3 队列

  • 队列：queue，简称队，它同堆栈一样，也是一种运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一段插入，而在表的另一端进行删除
  • 采用该结构的集合，对元素的存、取特点：
  • 先进先出
  • 队列的入口、出口各占一侧

1.4 数组

  • 数组：Array，有序的元素序列，数组在内存中开辟一段连续的空间
  • 采用该结构的集合，对元素存、取特点：
  • 查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素
  • 增删元素慢

指定索引位置增加元素：需要创建一个新数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置

指定索引位置删除元素：需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中

1.5 链表

  • 链表：Linked List ，由一系列节点node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括存储数据元素的数据域+存储下一结点地址的指针域（链表有单、双链表，这里只说单向链表）
  • 采用该结构的集合，对元素的存、取特点：
  • 多个结点之间通过地址连接
  • 查找元素慢
  • 增删元素快：只需要修改连接下个元素的地址即可

1.6 红黑树

  • 二叉树：binary tree，是每个结点不超过2的有序树
    二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构，两边被称为"左子树"，“右子树”。
红黑树：一种特殊的二叉树
  • 红黑树的约束：

1.节点可以是红色或者黑色的

2.根节点是黑色的

3.叶子节点（特指空节点）是黑色的

4.每个红色节点的子节点都是黑色的

5.任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同

  • 红黑树的特点： 速度特别快，趋于平衡树，查找叶总元素最少和最多次数不多于二倍

二、List集合

前面学习了Collection接口的使用

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_数据结构_03

List接口的下子类：ArrayList、LinkedList、Vector(同步的容器，Java1.2之前常用）

Set接口下的子类：TreeSet、HashSet、LinkedHashSet

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_数据结构_04

2.1 List接口介绍

  • List接口继承Collection,是单列结合的一个重要分支，习惯将实现List接口的对象称为List集合
  • List接口的特点：
  • 元素存取有序，怎么存的顺序打印集合就是什么样的顺序
  • 内部带索引的集合
  • 可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复元素

2.2 List接口常用的方法

  • public void add(int index, E element): 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
  • public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。
  • public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
  • public E set(int index, E element):用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_链表_05

  • 使用举栗
public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
		// 创建List集合对象
    	List<String> list = new ArrayList<String>();
    	
    	// 往 尾部添加 指定元素
    	list.add("图图");
    	list.add("小美");
    	list.add("不高兴");
    	
    	System.out.println(list);
    	// add(int index,String s) 往指定位置添加
    	list.add(1,"没头脑");
    	
    	System.out.println(list);
    	// String remove(int index) 删除指定位置元素  返回被删除元素
    	// 删除索引位置为2的元素 
    	System.out.println("删除索引位置为2的元素");
    	System.out.println(list.remove(2));
    	
    	System.out.println(list);
    	
    	// String set(int index,String s)
    	// 在指定位置 进行 元素替代（改） 
    	// 修改指定位置元素
    	list.set(0, "三毛");
    	System.out.println(list);
    	
    	// String get(int index)  获取指定位置元素
    	
    	// 跟size() 方法一起用  来 遍历的 
    	for(int i = 0;i<list.size();i++){
    		System.out.println(list.get(i));
    	}
    	//还可以使用增强for
    	for (String string : list) {
			System.out.println(string);
		}  	
	}
}

三、List的子类

3.1 ArrayList集合

  • 存储结构：数组结构，增删慢，查找快，最常用

3.2 LinkedList集合

  • 存储结构：链表结构，增删快，查找慢
  • LinkedList是双向链表

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_链表_06

  • LinkedList集合方法
  • public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。
  • public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。
  • public E getFirst():返回此列表的第一个元素。
  • public E getLast():返回此列表的最后一个元素。
  • public E removeFirst():移除并返回此列表的第一个元素。
  • public E removeLast():移除并返回此列表的最后一个元素。
  • public E pop():从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
  • public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。
  • public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，则返回true。
  • LinkedList是List的子类，List中的方法LinkedList都是可以使用，这里就不做详细介绍，我们只需要了解LinkedList的特有方法即可。在开发时，LinkedList集合也可以作为堆栈，队列的结构使用。（了解即可）
  • 使用举栗
public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> link = new LinkedList<String>();
        //添加元素
        link.addFirst("abc1");
        link.addFirst("abc2");
        link.addFirst("abc3");
        System.out.println(link);
        // 获取元素
        System.out.println(link.getFirst());
        System.out.println(link.getLast());
        // 删除元素
        System.out.println(link.removeFirst());
        System.out.println(link.removeLast());

        while (!link.isEmpty()) { //判断集合是否为空
            System.out.println(link.pop()); //弹出集合中的栈顶元素
        }

        System.out.println(link);
    }
}

四、Set接口

  • java.util.Set接口和java.util.List接口一样，同样继承自Collection接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对
    Collection接口进行功能上的扩充，只是比Collection接口更加严格了。
  • 与List接口不同的是，Set接口中元素无序，并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。
  • Set集合有多个子类，这里我们介绍其中的
  • java.util.HashSet
  • java.util.LinkedHashSet。

4.1 HashSet集合介绍

  • java.util.HashSet是Set接口的一个实现类，存储元素不可重复、无序
  • 底层实现是 java.util.HashMap支持
  • HashSet 是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存取性能和查找性能。
  • HashSet 保证元素唯一的方式依赖于：hashCode和equals方法
public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 Set集合
        HashSet<String>  set = new HashSet<String>();

        //添加元素
        set.add(new String("cba"));
        set.add("abc");
        set.add("bac"); 
        set.add("cba");  
        //遍历
        for (String name : set) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}
//输出
cba
abc
bac
//根据结果我们发现字符串"cba"只存储了一个，也就是说重复的元素set集合不存储。

4.2 HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

  • 哈希表

在JDK1.8之前，哈希表的底层：数组+链表，使用链表处理冲突

同一hash值的链表存在数组里（链表挂数组），当位于一个桶中的元素较多时，即hash值相等的元素较多时，通过key值查找的效率较低

在JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过8时，将链表转换为红黑树，效率提高

JDK1.8引入的红黑树大程度优化了HashMap的性能，保证HashSet集合元素唯一就是根据对象的HashCode和equals方法

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_数据结构_07


Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_System_08

4.3 HashSet存储自定义类型元素

给HashSet中存放自定义类型元素时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一

  • 未重写hashCode、equlas、toString方法举栗：
//为重写hashCode方法和equlas方法
package Demo_19;

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

    public Student() {

    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

package Demo_19;

import java.util.HashSet;

public class TestMain_HashSetStudent {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        Student stu = new Student("古力娜扎",20);
        stuSet.add(stu);
        stuSet.add(new Student("迪丽热巴",19));
        stuSet.add(new Student("马尔扎哈",18));
        stuSet.add(new Student("古力娜扎",20));
        stuSet.add(new Student("扫凹瑞~",21));

        for (Student stuDemo:stuSet
             ) {
            System.out.println(stuDemo);
        }

        }
}

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_数据结构_09

  • 重写hashCode、equlas、toString方法举栗：
package Demo_19;

import java.util.Objects;

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

    public Student() {

    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                name.equals(student.name);
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

package Demo_19;

import java.util.HashSet;

public class TestMain_HashSetStudent {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        Student stu = new Student("古力娜扎",20);
        stuSet.add(stu);
        stuSet.add(new Student("迪丽热巴",19));
        stuSet.add(new Student("马尔扎哈",18));
        stuSet.add(new Student("古力娜扎",20));
        stuSet.add(new Student("扫凹瑞~",21));

        for (Student stuDemo:stuSet
             ) {
            System.out.println(stuDemo);
        }

        }
}

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_数据结构_10

4.3 LinkedHashSet

HashSet保证元素唯一，但是顺序不能保证

HashSet的子类java.util.LinkedHashSet，它的存储结构：链表+哈希表（也就是多了一个链表记录元素顺序）

package Demo_19;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set1 = new HashSet<String>();
        set1.add("bbb");
        set1.add("aaa");
        set1.add("ccc");
        set1.add("ddd");
        for (String set1Demo: set1) {

            System.out.println(set1Demo);
        }


        System.out.println("上面是HashSet");
        System.out.println("下面是LinkedHashSet");

        Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
        set.add("bbb");
        set.add("aaa");
        set.add("ccc");
        set.add("ddd");
        Iterator<String> i = set.iterator();
        while(i.hasNext()){
            String s = i.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_System_11

4.4 可变参数

在JDK1.5之后，定义一个方法需要接受多个参数，并且多个参数类型一致（类似重载，但不是）

  • 修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){ } 其实这个书写完全等价下面的
  • 修饰符 返回值类型 方法名(参数类型[] 形参名){ } 只是后面这种定义，在调用时必须传递数组，而前者可以直接传递数据即可。

在JDK1.5之后，出现了更简化的操作方法，...用在参数上，称之为可变参数

这个时候，同样是代表数组，但是在调用含有可变参数的方法是，不用创建数组(这就是简单之处),直接将数组中的元素作为实际参数进行传递，其实编译成的class文件，将这些元素先封装到一个数组中，在进行传递。这些动作都在编译.class文件时，自动完成了。

package Demo_19;

public class TestMain_01 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,5,45,2,858,5555};
        int sum1 = getSum1(arr);
        System.out.println("这是直接传递数组计算的结果：" + sum1);
        int sum2 = getSun2(arr) ;
        System.out.println("这是调用含有可变参数的方法计算的结果：" + sum2);

        System.out.println("这是随机多个数计算的结果：" + getSun2(1,2,3,4,5,6));//21
    }
    public static int getSum1(int[] arr){
        int sum = 0;
        for (int a:arr){
            sum  += a;
        }
        return sum;
    }

    public static int getSun2(int... arr){
        int sum = 0;
        for (int a:arr){
            sum += a;
        }
        return sum;
    }
}

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_队列_12

五、Collections

5.1 常用功能

java.utils.Collections是集合工具类，用来对集合进行操作。部分方法如下：

  • public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements):往集合中添加一些元素。
  • public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序:打乱集合顺序。
  • public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。
  • public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。

前面的斗地主案例，打乱牌的顺序，就是：Collections.shuffle(pokerBox);

使用举栗：

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        //原来写法
        //list.add(12);
        //list.add(14);
        //list.add(15);
        //list.add(1000);
        //采用工具类 完成 往集合中添加元素  
        Collections.addAll(list, 5, 222, 1，2);
        System.out.println(list);
        //排序方法 
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}
结果：
[5, 222, 1, 2]
[1, 2, 5, 222]

5.2 Comparator比较器：用来给集合元素排序

  • public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。
  • 默认规则：简单来说就是两个对象之间比较大小
  • 一种是比较死板的采用java.lang.Comparable接口去实现
  • 一种是灵活的当我需要做排序的时候在去选择的java.util.Comparator接口完成。
  • 能调用sort方法的前提是：被排序的类型如String、Integer等，需要实现Comparable接口完成比较的功能

但是我们需要自定义排序的规则，就需要public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> )方法灵活的完成，这个里面就涉及到了Comparator这个接口，位于位于java.util包下，排序是comparator能实现的功能之一,该接口代表一个比较器，比较器具有可比性！

  • public int compare(String o1, String o2)：比较其两个参数的顺序。

两个对象比较的结果有三种：大于，等于，小于。

如果要按照升序排序，
则o1 小于o2，返回（负数），相等返回0，01大于02返回（正数）
如果要按照降序排序
则o1 小于o2，返回（正数），相等返回0，01大于02返回（负数）

操作如下:

public class CollectionsDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        list.add("aba");
        list.add("sba");
        list.add("nba");
        //排序方法  按照第一个单词的降序
        Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o2.charAt(0) - o1.charAt(0);
            }
        });
        System.out.println(list);
    }
}

[sba, nba, cba, aba]

5.3 Comparable和Comparator两个接口的区别

  • Comparable：强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序，类的compareTo方法被称为它的自然比较方法。只能在类中实现compareTo()一次，不能经常修改类的代码实现自己想要的排序。实现此接口的对象列表（和数组）可以通过Collections.sort（和Arrays.sort）进行自动排序，对象可以用作有序映射中的键或有序集合中的元素，无需指定比较器。
  • Comparator强行对某个对象进行整体排序。可以将Comparator 传递给sort方法（如Collections.sort或
    Arrays.sort），从而允许在排序顺序上实现精确控制。还可以使用Comparator来控制某些数据结构（如有序set或有序映射）的顺序，或者为那些没有自然顺序的对象collection提供排序。

六、练习

package Demo_19;

import java.util.Objects;

public class Student implements Comparable<Student> {
    private String name;
    private int age;


    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //return 0;
        return this.age - o.age;//相减保证大于0，升序

    }

    public Student() {

    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                name.equals(student.name);
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}


package Demo_19;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;

public class TestMain_HashSetStudent {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        Student stu = new Student("古力娜扎", 20);
        stuSet.add(stu);
        stuSet.add(new Student("迪丽热巴", 19));
        stuSet.add(new Student("马尔扎哈", 18));
        stuSet.add(new Student("古力娜扎", 20));
        stuSet.add(new Student("扫凹瑞~", 21));
        for (Student stuDemo : stuSet
        ) {
            System.out.println(stuDemo);
        }
        System.out.println("上面是set集合");


        //开始报错Collections.sort(stuSet);
        //发现，当我们调用Collections.sort()方法的时候 程序报错了。

        //原因：如果想要集合中的元素完成排序，那么必须要实现比较器Comparable接口。
        //我们自定义的对象并没有实现Comparable接口


        //注意：必须要求是list,Set不行
        System.out.println("下面是list集合");

        ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();
        Student stu2 = new Student("古力娜扎2", 20);
        list.add(stu2);
        list.add(new Student("迪丽热巴", 19));
        list.add(new Student("马尔扎哈", 18));
        list.add(new Student("古力娜扎", 20));
        list.add(new Student("扫凹瑞~", 21));
        Collections.sort(list);
        for (Student listEach:list){
            System.out.println(listEach);
        }


    }

}

Java学习高级篇19_List、Set、数据结构初步、Collections_System_13

  • 拓展

如果在使用的时候，想要独立的定义规则去使用 可以采用Collections.sort(List list,Comparetor<T> c)方式，自己定义规则：

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o2.getAge()-o1.getAge();//以学生的年龄降序
    }
});

如果想要规则更多一些，可以参考下面代码：

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                // 年龄降序
                int result = o2.getAge()-o1.getAge();//年龄降序

                if(result==0){//第一个规则判断完了 下一个规则 姓名的首字母 升序
                    result = o1.getName().charAt(0)-o2.getName().charAt(0);
                }

                return result;
            }
        });

参考：B站黑马