資料結構之Java實現底層Set
Set也是一種重要資料結構，其特點為不允許出現重複元素，不保證集合中的元素順序，可以有元素為null但只允許出現一次。首先定義了一個Set介面，根據前面幾篇文章實現的連結串列和二分收索樹實現Set資料結構，下面是實現過程
Set介面
public interface Set<E> { void add(E e); //新增一個元素 void remove(E e); //刪除一個元素 boolean contain(E e);//判斷是否包含元素 int getSize(); //獲取集合大小 boolean isEmpty(); //判斷是否為空 } 1.連結串列實現Set,可以保證元素的順序，主要注意避免重複元素
public class LinkedListSet<E> implements Set<E> {
private LinkedList<E> list;
public LinkedListSet(){ list = new LinkedList<>(); }
@Override public int getSize(){ return list.getSize(); }
@Override public boolean isEmpty(){ return list.isEmpty(); }
@Override public void add(E e){ if(!list.contain(e)) //避免重複元素 list.addFirst(e); }
@Override public boolean contain(E e){ return list.contain(e); }
@Override public void remove(E e){ list.removeElement(e); } }
2.二分搜尋樹實現Set,可以保證元素的唯一性
public class BSTSet<E extends Comparable<E>> implements Set<E>{ private BST<E> bst; public BSTSet() { bst = new BST<>(); } @Override public void add(E e) { bst.add(e); }
@Override public void remove(E e) { bst.remove(e); }
@Override public boolean contain(E e) {
return bst.contain(e); }
@Override public int getSize() {
return bst.size(); }
@Override public boolean isEmpty() {
return bst.isEmpty(); } }
由於前面自己實現了連結串列(https://blog.csdn.net/zhangjun62/article/details/82758823)和二分搜尋樹(https://blog.csdn.net/zhangjun62/article/details/82766695)這兩個資料結構，所以實現Set集合比較容易.對於LinkedListSet 增、查、改時間複雜度都為O(n)， 對於BSTSet 增、查、改時間複雜度為O(h),其中h為樹的高度，二叉樹元素最多的情況是滿二叉樹, 滿二叉樹每一層元素個數為2 ^( h - 1)(h = 0, 1, 2,..., h), genj據等比數列求和可知總的元素個數n = 2 ^ h - 1, 所以h為以2底n + 1的對數，所以Bs t增、查、改時間複雜度O(h) = O(log n), 優於LinkedListSet.寫了一個測試用例，比較兩者耗時操作，下面是比較讀取檔案文字內容並統計詞彙量的耗時測試程式。首先實現讀取檔案的工具類
public class FileOperation {
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; }
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; }
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; }
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(); } }
下面是測試程式，文字是傲慢與偏見英文版
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");
}
}
每個人電腦配置和效能不一樣，時間會不同，但兩者差異還是會有體現的，以下是測試結果
這個結果表明二分搜尋樹實現的Set的時間複雜度確實優於連結串列實現的Set,以上整個過程就實現Set基本功能。