java基础——Map

Map

第一章 Map集合

1.1 概述

Java提供了专门的集合类用来存放键值对关系的对象，即java.util.Map接口。

我们通过查看Map接口描述，发现Map接口下的集合与Collection接口下的集合，它们存储数据的形式不同，如下图。

• Collection中的集合，元素是孤立存在的（理解为单身），向集合中存储元素采用一个个元素的方式存储。
• Map中的集合，元素是成对存在的(理解为夫妻)。每个元素由键与值两部分组成，通过键可以找对所对应的值。
• Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合。
• 需要注意的是，Map中的集合不能包含重复的键，值可以重复；每个键只能对应一个值。

1.2 Map的常用子类

通过查看Map接口描述，看到Map有多个子类，这里我们主要讲解常用的HashMap集合、LinkedHashMap集合。

• HashMap<K,V>：存储数据采用的哈希表结构，元素的存取顺序不能保证一致。由于要保证键的唯一、不重复，需要重写键的hashCode()方法、equals()方法。
• LinkedHashMap<K,V>：HashMap下有个子类LinkedHashMap，存储数据采用的哈希表结构+链表结构。通过链表结构可以保证元素的存取顺序一致；通过哈希表结构可以保证的键的唯一、不重复，需要重写键的hashCode()方法、equals()方法。
• TreeMap<K,V>：TreeMap集合和Map相比没有特有的功能，底层的数据结构是红黑树；可以对元素的键进行排序，排序方式有两种:自然排序和比较器排序

tips：Map接口中的集合都有两个泛型变量<K,V>,在使用时，要为两个泛型变量赋予数据类型。两个泛型变量<K,V>的数据类型可以相同，也可以不同。

1.3 Map的常用方法

Map接口中定义了很多方法，常用的如下：

• public V put(K key, V value): 把指定的键与指定的值添加到Map集合中。
• public V remove(Object key): 把指定的键 所对应的键值对元素 在Map集合中删除，返回被删除元素的值。
• public V get(Object key) 根据指定的键，在Map集合中获取对应的值。
• public Set<K> keySet(): 获取Map集合中所有的键，存储到Set集合中。
• public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet(): 获取到Map集合中所有的键值对对象的集合(Set集合)。
• public boolean containKey(Object key):判断该集合中是否有此键。

Map接口的方法演示

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 map对象
        HashMap<String, String>  map = new HashMap<String, String>();

        //添加元素到集合
        map.put("黄晓明", "杨颖");
        map.put("文章", "马伊琍");
        map.put("邓超", "孙俪");
        System.out.println(map);

        //String remove(String key)
        System.out.println(map.remove("邓超"));
        System.out.println(map);

        // 想要查看 黄晓明的媳妇 是谁
        System.out.println(map.get("黄晓明"));
        System.out.println(map.get("邓超"));    
    }
}

tips:

使用put方法时，若指定的键(key)在集合中没有，则没有这个键对应的值，返回null，并把指定的键值添加到集合中；

若指定的键(key)在集合中存在，则返回值为集合中键对应的值（该值为替换前的值），并把指定键所对应的值，替换成指定的新值。

1.4 Map的遍历

方式1:键找值方式

通过元素中的键，获取键所对应的值

分析步骤：

1. 获取Map中所有的键，由于键是唯一的，所以返回一个Set集合存储所有的键。方法提示:keyset()
2. 遍历键的Set集合，得到每一个键。
3. 根据键，获取键所对应的值。方法提示:get(K key)

遍历图解：

方式2:键值对方式

即通过集合中每个键值对(Entry)对象，获取键值对(Entry)对象中的键与值。

Entry键值对对象:

我们已经知道，Map中存放的是两种对象，一种称为key(键)，一种称为value(值)，它们在在Map中是一一对应关系，这一对对象又称做Map中的一个Entry(项)。Entry将键值对的对应关系封装成了对象。即键值对对象，这样我们在遍历Map集合时，就可以从每一个键值对（Entry）对象中获取对应的键与对应的值。

在Map集合中也提供了获取所有Entry对象的方法：

• public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet(): 获取到Map集合中所有的键值对对象的集合(Set集合)。

获取了Entry对象 , 表示获取了一对键和值，那么同样Entry中 , 分别提供了获取键和获取值的方法：

• public K getKey()：获取Entry对象中的键。
• public V getValue()：获取Entry对象中的值。

操作步骤与图解：

1. 获取Map集合中，所有的键值对(Entry)对象，以Set集合形式返回。方法提示:entrySet()。
2. 遍历包含键值对(Entry)对象的Set集合，得到每一个键值对(Entry)对象。
3. 通过键值对(Entry)对象，获取Entry对象中的键与值。 方法提示:getkey() getValue()

遍历图解：

tips：Map集合不能直接使用迭代器或者foreach进行遍历。但是转成Set之后就可以使用了。

1.5 HashMap存储自定义类型

练习：每位学生（姓名，年龄）都有自己的家庭住址。那么，既然有对应关系，则将学生对象和家庭住址存储到map集合中。学生作为键, 家庭住址作为值。

注意，学生姓名相同并且年龄相同视为同一名学生。

编写学生类：

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

    //构造方法
    //get/set
    @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 && Objects.equals(name, student.name);
    }

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

编写测试类：

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1,创建Hashmap集合对象。
        Map<Student,String> map = new HashMap<Student,String>();
        //2,添加元素。
        map.put(new Student("lisi",28), "上海");
        map.put(new Student("wangwu",22), "北京");
        map.put(new Student("wangwu",22), "南京");
        
        //3,取出元素。键找值方式
        Set<Student> keySet = map.keySet();
        for(Student key: keySet){
            String value = map.get(key);
            System.out.println(key.toString()+"....."+value);
        }
    }
}

• 当给HashMap中存放自定义对象时，如果自定义对象作为key存在，这时要保证对象唯一，必须复写对象的hashCode和equals方法(如果忘记，请回顾HashSet存放自定义对象)。
• 如果要保证map中存放的key和取出的顺序一致，可以使用java.util.LinkedHashMap集合来存放。

1.6 LinkedHashMap介绍

我们知道HashMap保证成对元素唯一，并且查询速度很快，可是成对元素存放进去是没有顺序的，那么我们要保证有序，还要速度快怎么办呢？

在HashMap下面有一个子类LinkedHashMap，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。

public class LinkedHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();
        map.put("邓超", "孙俪");
        map.put("李晨", "范冰冰");
        map.put("刘德华", "朱丽倩");
        Set<Entry<String, String>> entrySet = map.entrySet();
        for (Entry<String, String> entry : entrySet) {
            System.out.println(entry.getKey() + "  " + entry.getValue());
        }
    }
}

结果:

邓超  孙俪
李晨  范冰冰
刘德华  朱丽倩

1.7 TreeMap集合

1.TreeMap介绍

TreeMap集合和Map相比没有特有的功能，底层的数据结构是红黑树；可以对元素的键进行排序，排序方式有两种:自然排序和比较器排序；到时使用的是哪种排序，取决于我们在创建对象的时候所使用的构造方法；

public TreeMap()									使用自然排序
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) 	比较器排

2.演示

案例演示自然排序

public static void main(String[] args) {
 	TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<Integer, String>();
  	map.put(1,"张三");
  	map.put(4,"赵六");
  	map.put(3,"王五");
  	map.put(6,"酒八");
  	map.put(5,"老七");
  	map.put(2,"李四");
  	System.out.println(map);
}

控制台的输出结果为:
{1=张三, 2=李四, 3=王五, 4=赵六, 5=老七, 6=酒八}

案例演示比较器排序

需求:

1. 创建一个TreeMap集合，键是学生对象(Student)，值是居住地 (String)。存储多个元素，并遍历。
2. 要求按照学生的年龄进行升序排序，如果年龄相同，比较姓名的首字母升序， 如果年龄和姓名都是相同，认为是同一个元素；

实现:

为了保证age和name相同的对象是同一个,Student类必须重写hashCode和equals方法

public class Student {
    private int age;
    private String name;
	//省略get/set..
    public Student() {}
    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
    @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 &&
                Objects.equals(name, student.name);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(age, name);
    }
}

public static void main(String[] args) {
  	TreeMap<Student, String> map = new TreeMap<Student, String>(new Comparator<Student>() {
    	@Override
    	public int compare(Student o1, Student o2) {
      		//先按照年龄升序
      		int result = o1.getAge() - o2.getAge();
      		if (result == 0) {
        		//年龄相同,则按照名字的首字母升序
        		return o1.getName().charAt(0) - o2.getName().charAt(0);
      		} else {
        		//年龄不同,直接返回结果
        		return result;
      		}
    	}
  	});
  	map.put(new Student(30, "jack"), "深圳");
  	map.put(new Student(10, "rose"), "北京");
  	map.put(new Student(20, "tom"), "上海");
  	map.put(new Student(10, "marry"), "南京");
  	map.put(new Student(30, "lucy"), "广州");
  	System.out.println(map);
}
控制台的输出结果为:
{
  Student{age=10, name='marry'}=南京, 
  Student{age=10, name='rose'}=北京, 
  Student{age=20, name='tom'}=上海, 
  Student{age=30, name='jack'}=深圳, 
  Student{age=30, name='lucy'}=广州
}

1.8 Map集合练习

需求：

输入一个字符串中每个字符出现次数。

分析：

1. 获取一个字符串对象
2. 创建一个Map集合，键代表字符，值代表次数。
3. 遍历字符串得到每个字符。
4. 判断Map中是否有该键。
5. 如果没有，第一次出现，存储次数为1；如果有，则说明已经出现过，获取到对应的值进行++，再次存储。
6. 打印最终结果

方法介绍

public boolean containKey(Object key):判断该集合中是否有此键。

代码：

public class MapTest {
public static void main(String[] args) {
        //友情提示
        System.out.println("请录入一个字符串:");
        String line = new Scanner(System.in).nextLine();
        // 定义 每个字符出现次数的方法
        findChar(line);
    }
    private static void findChar(String line) {
        //1:创建一个集合 存储  字符 以及其出现的次数
        HashMap<Character, Integer> map = new HashMap<Character, Integer>();
        //2:遍历字符串
        for (int i = 0; i < line.length(); i++) {
            char c = line.charAt(i);
            //判断 该字符 是否在键集中
            if (!map.containsKey(c)) {//说明这个字符没有出现过
                //那就是第一次
                map.put(c, 1);
            } else {
                //先获取之前的次数
                Integer count = map.get(c);
                //count++;
                //再次存入  更新
                map.put(c, ++count);
            }
        }
        System.out.println(map);
    }
}

第四章 排序算法介绍

4.1 冒泡排序

4.1.1 冒泡排序概述

• 一种排序的方式，对要进行排序的数据中相邻的数据进行两两比较，将较大的数据放在后面，依次对所有的数据进行操作，直至所有数据按要求完成排序
• 如果有n个数据进行排序，总共需要比较n-1次
• 每一次比较完毕，下一次的比较就会少一个数据参与

4.1.3 冒泡排序代码实现

/*
    冒泡排序：
        一种排序的方式，对要进行排序的数据中相邻的数据进行两两比较，将较大的数据放在后面，
        依次对所有的数据进行操作，直至所有数据按要求完成排序
 */
public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //定义一个数组
        int[] arr = {7, 6, 5, 4, 3};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(arr));

        // 这里减1，是控制每轮比较的次数
        for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {
            // -1是为了避免索引越界，-x是为了调高比较效率
            for (int i = 0; i < arr.length - 1 - x; i++) {
                if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                    int temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[i + 1];
                    arr[i + 1] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(arr));
    }
}

4.2 选择排序

4.2.1 选择排序概述

• 另外一种排序的方式，选中数组的某个元素,其后面的元素依次和选中的元素进行两两比较，将较大的数据放在后面，依次从前到后选中每个元素，直至所有数据按要求完成排序
• 如果有n个数据进行排序，总共需要比较n-1次
• 每一次比较完毕，下一次的比较就会少一个数据参与

4.2.3 选择排序代码实现

/*
    选择排序：
        另外一种排序的方式，选中数组的某个元素,其后面的元素依次和选中的元素进行两两比较，将较大的数据放在后面，依次从前到后选中每个元素，直至所有数据按要求完成排序
 */
public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //定义一个数组
        int[] arr = {7, 6, 5, 4, 3};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(arr));
  		// 这里减1，是控制比较的轮数
        for (int x = 0; x < arr.length; x++) {
            // 从x+1开始,直到最后一个元素
            for (int i = x+1; i < arr.length; i++) {
                if (arr[x] > arr[i]) {
                    int temp = arr[x];
                    arr[x] = arr[i];
                    arr[i] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(arr));
    }
}

第五章 二分查找

5.1 普通查找和二分查找

普通查找

原理：遍历数组，获取每一个元素，然后判断当前遍历的元素是否和要查找的元素相同，如果相同就返回该元素的索引。如果没有找到，就返回一个负数作为标识(一般是-1)

二分查找

原理: 每一次都去获取数组的中间索引所对应的元素，然后和要查找的元素进行比对，如果相同就返回索引；

如果不相同，就比较中间元素和要查找的元素的值；

如果中间元素的值大于要查找的元素，说明要查找的元素在左侧，那么就从左侧按照上述思想继续查询(忽略右侧数据)；

如果中间元素的值小于要查找的元素，说明要查找的元素在右侧，那么就从右侧按照上述思想继续查询(忽略左侧数据)；

二分查找对数组是有要求的,数组必须已经排好序

5.3 二分查找代码实现

	public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {10, 14, 21, 38, 45, 47, 53, 81, 87, 99};
        int index = binarySerach(arr, 38);
        System.out.println(index);
	}
	/**
     * 二分查找方法
     * @param arr 查找的目标数组
     * @param number 查找的目标值
     * @return 找到的索引,如果没有找到返回-1
     */
    public static int binarySerach(int[] arr, int number) {
        int start = 0;
        int end = arr.length - 1;

        while (start <= end) {
            int mid = (start + end) / 2;
            if (number == arr[mid]) {
                return mid + 1;
            } else if (number < arr[mid]) {
                end = mid - 1;
            } else if (number > arr[mid]) {
                start = mid + 1;
            }
        }
        return -1;  //如果数组中有这个元素，则返回
    }