我理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（六）—— 集合和映射（Set And Map）

twohappy 發(fā)布于2019-07-01 10:49 / 1389人閱讀

摘要：為了方便，所有個(gè)英文字母對(duì)應(yīng)摩爾斯密碼表如下給定一個(gè)單詞列表，每個(gè)單詞可以寫(xiě)成每個(gè)字母對(duì)應(yīng)摩爾斯密碼的組合。例如，可以寫(xiě)成，即字符串的結(jié)合。我們將這樣一個(gè)連接過(guò)程稱作單詞翻譯。返回我們可以獲得所有詞不同單詞翻譯的數(shù)量。

我理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（六）—— 集合和映射（Set And Map） 一、集合

1.典型應(yīng)用場(chǎng)景

客戶統(tǒng)計(jì)

詞匯量統(tǒng)計(jì)

2.集合接口

public interface Set {
    // 集合不存放相同元素
    void add(E e);
    // 刪除元素
    void remove(E e);
    // 是否包含某個(gè)元素
    boolean contains(E e);
    // 總元素個(gè)數(shù)
    int getSize();
    // 集合是否為空
    boolean isEmpty();
}

3.基于二分搜索樹(shù)的集合

關(guān)于二分搜索樹(shù)的底層實(shí)現(xiàn)，大家可以去看我的另一篇文章：BST

public class BSTSet> implements Set {

    private BST 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 contains(E e) {
        return bst.contains(e);
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return bst.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return bst.isEmpty();
    }

}

4.基于鏈表的集合

關(guān)于鏈表的底層實(shí)現(xiàn)，大家可以去看我的另一篇文章：LinkedList

public class LinkedListSet implements Set {

    private LinkedList list;

    public LinkedListSet() {
        list = new LinkedList<>();
    }

    @Override
    public void add(E e) {
        if (!list.contains(e)) {
            list.addFirst(e);
        }
    }

    @Override
    public void remove(E e) {
        list.removeElement(e);
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return list.getSize();
    }

    @Override
    public boolean contains(E e) {
        return list.contains(e);
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return list.isEmpty();
    }

}

5.BSTSet和LinkedListSet復(fù)雜度分析

	LinkedListSet	BSTSet
add	O(n)	O(h)
contains	O(n)	O(h)
remove	O(n)	O(h)

注：h為二分搜索樹(shù)的高度，n和h是什么關(guān)系呢？

假設(shè)二分搜索樹(shù)是一顆滿樹(shù)：
那么：n = 2^0 + 2^1 + ... + 2^(h-1) = 2^h - 1
即：h = log2(n + 1)
因?yàn)檫@是我們假設(shè)的一種情況，真實(shí)情況種可能二分搜索樹(shù)并不是一顆滿樹(shù)，所以這是一個(gè)平均復(fù)雜度，又在復(fù)雜度分析中可以不去考慮log的底，所以LinkedListSet和BSTSet的復(fù)雜度如下：

	LinkedListSet	BSTSet
add	O(n)	O(logn) 平均
contains	O(n)	O(logn) 平均
remove	O(n)	O(logn) 平均

6.LeetCode中有關(guān)集合的問(wèn)題
6.1 題目：
804. 唯一摩爾斯密碼詞
6.2 描述：

國(guó)際摩爾斯密碼定義一種標(biāo)準(zhǔn)編碼方式，將每個(gè)字母對(duì)應(yīng)于一個(gè)由一系列點(diǎn)和短線組成的字符串， 比如: "a" 對(duì)應(yīng) ".-", "b" 對(duì)應(yīng) "-...", "c" 對(duì)應(yīng) "-.-.", 等等。

為了方便，所有26個(gè)英文字母對(duì)應(yīng)摩爾斯密碼表如下：

[".-","-...","-.-.","-..",".","..-.","--.","....","..",".---","-.-",".-..","--","-.","---",".--.","--.-",".-.","...","-","..-","...-",".--","-..-","-.--","--.."]

給定一個(gè)單詞列表，每個(gè)單詞可以寫(xiě)成每個(gè)字母對(duì)應(yīng)摩爾斯密碼的組合。例如，"cab" 可以寫(xiě)成 "-.-.-....-"，(即 "-.-." + "-..." + ".-"字符串的結(jié)合)。我們將這樣一個(gè)連接過(guò)程稱作單詞翻譯。

返回我們可以獲得所有詞不同單詞翻譯的數(shù)量。

6.3例子：

例如:
輸入: words = ["gin", "zen", "gig", "msg"]
輸出: 2
解釋: 
各單詞翻譯如下:
"gin" -> "--...-."
"zen" -> "--...-."
"gig" -> "--...--."
"msg" -> "--...--."

共有 2 種不同翻譯, "--...-." 和 "--...--.".

6.4解決代碼如下：

import java.util.TreeSet;
class Solution {
    public int uniqueMorseRepresentations(String[] words) {

        // 摩斯密碼
        String[] code = {".-","-...","-.-.","-..",".","..-.","--.","....","..",".---","-.-",".-..","--","-.","---",".--.","--.-",".-.","...","-","..-","...-",".--","-..-","-.--","--.."};

        TreeSet set = new TreeSet<>();

        for (String word : words) {

            // 每個(gè)單詞的莫斯密碼
            StringBuilder res = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < word.length(); i++) {
                Character c = word.charAt(i);
                res.append(code[c - "a"]);
            }
            set.add(res.toString());

        }

        return set.size();
    }
}

二、映射

1.映射基礎(chǔ)：

存儲(chǔ)（鍵、值）數(shù)據(jù)對(duì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（key、value）

根據(jù)鍵（key），尋找值（value）

2.映射接口

public interface Map {
    // 添加鍵值對(duì)
    void add(K key, V value);
    // 根據(jù)鍵，移除值
    V remove(K key);
    // 是否包含某個(gè)鍵值對(duì)
    boolean contains(K key);
    // 根據(jù)鍵，獲取值
    V get(K key);
    // 設(shè)置鍵值對(duì)
    void set(K key, V value);
    // 鍵值對(duì)個(gè)數(shù)
    int getSize();
    // map是否為空
    boolean isEmpty();
}

3.基于鏈表的映射

public class LinkedListMap implements Map {

    // 節(jié)點(diǎn)
    private class Node {
        // 存儲(chǔ)key
        public K key;
        // 存儲(chǔ)的value
        public V value;
        // 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        public Node next;

        public Node(K key, V value, Node node) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = node;
        }

        public Node(K key) {
            this(key, null, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return key.toString() + ":" + value.toString();
        }
    }

    private int size;
    private Node dummyHead;

    public LinkedListMap() {
        size = 0;
        dummyHead = new Node();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    // 通過(guò)key獲取對(duì)應(yīng)的node節(jié)點(diǎn)
    private Node getNode(K key) {
        Node curNode = dummyHead.next;

        while (curNode != null) {
            if (curNode.key.equals(key)) {
                return curNode;
            } else {
                curNode = curNode.next;
            }
        }

        return null;
    }

    @Override
    public boolean contains(K key) {
        return getNode(key) != null;
    }

    @Override
    public V get(K key) {
        Node node = getNode(key);
        return node == null ? null : node.value;
    }

    @Override
    public void add(K key, V value) {

        Node node = getNode(key);

        if (node != null) {
            node.value = value;
        } else {
            dummyHead.next = new Node(key, value, dummyHead.next);
            size++;
        }
    }

    @Override
    public void set(K key, V value) {
        Node node = getNode(key);

        if (node == null) {
            throw new IllegalArgumentException(key + "is not exists");
        } else {
            node.value = value;
        }
    }

    @Override
    public V remove(K key) {
        Node prev = dummyHead.next;
        while (prev != null) {
            if (prev.next.key.equals(key)) {
                break;
            } else {
                prev = prev.next;
            }
        }

        if (prev.next != null) {
            Node delNode = prev.next;
            prev.next = delNode.next;
            delNode.next = null;
            size--;
            return delNode.value;
        }

        return null;
    }
}

4.基于二分搜索樹(shù)的映射

public class BSTMap, V> implements Map {

    // 節(jié)點(diǎn)
    private class Node {
        public K key;
        public V value;
        public Node left;
        public Node right;

        public Node(K key, V value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    private int size;
    private Node root;

    public BSTMap() {
        size = 0;
        root = null;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public void add(K key, V value) {
        root = add(root, key, value);
    }

    // 向以node為根的二分搜索樹(shù)中插入元素（key,value）
    private Node add(Node node, K key, V value) {

        if (node == null) {
            size++;
            return new Node(key, value);
        }

        if (node.key.compareTo(key) < 0) {
            node.right = add(node.right, key, value);
        } else if (node.key.compareTo(key) > 0) {
            node.left = add(node.left, key, value);
        } else { // node.key.compareTo(key) == 0
            node.value = value;
        }

        return node;
    }

    // 返回以node為根節(jié)點(diǎn)的二分搜索樹(shù)中指定key值的Node
    private Node getNode(Node node, K key) {

        if (node == null) {
            return null;
        }

        if (node.key.compareTo(key) == 0) { // 找到指定的節(jié)點(diǎn)
            return node;
        } else if (node.key.compareTo(key) < 0) {
            return getNode(node.right, key);
        } else { // node.key.compareTo(key) > 0
            return getNode(node.left, key);
        }
    }

    @Override
    public boolean contains(K key) {
        return getNode(root, key) != null;
    }

    @Override
    public V get(K key) {
        Node node = getNode(root, key);
        return node == null ? null : node.value;
    }

    @Override
    public void set(K key, V value) {
        Node node = getNode(root, key);
        if (node == null) {
            throw new IllegalArgumentException(key + "is not exists");
        }

        node.value = value;
    }

    @Override
    public V remove(K key) {

        Node node = getNode(root, key);

        if (node != null) {
            root = remove(root, key);
            return node.value;
        }
        return null;
    }

    // 刪除二分搜索樹(shù)以node為最小值的節(jié)點(diǎn)
    // 返回刪除節(jié)點(diǎn)后的新的二分搜索樹(shù)的根
    private Node removeMin(Node node) {

        // 找到需要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)
        if (node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;
        }

        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    // 返回以node為根的二分搜索樹(shù)的最小值的節(jié)點(diǎn)
    private Node minimum(Node node) {

        if (node.left == null) {
            return node;
        }
        return minimum(node.left);
    }

    private Node remove(Node node, K key) {

        if (node == null) {
            return null;
        }

        if (node.key.compareTo(key) > 0) {
            node.left = remove(node.left, key);
            return node;
        } else if (node.key.compareTo(key) < 0) {
            node.right = remove(node.right, key);
            return node;
        } else { // e == node.e

            if (node.left == null) { // 左子樹(shù)為空
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                return rightNode;
            }
            if (node.right == null) { // 右子樹(shù)為空
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                return leftNode;
            }
            // node的后繼
            Node successor = minimum(node.right);
            // 把刪除node.right的后繼后的二叉樹(shù)賦值給后繼的right
            successor.right = removeMin(node.right);
            // 把node.left賦值給后繼的left
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;
        }

    }
}

5.映射的復(fù)雜度分析

	LinkedListMap	BSTMap
add	O(n)	O(logn) 平均
remove	O(n)	O(logn) 平均
set	O(n)	O(logn) 平均
get	O(n)	O(logn) 平均
contains	O(n)	O(logn) 平均

三、集合和映射的關(guān)系

從上面的代碼可以看出，其實(shí)映射也是一個(gè)集合，只不過(guò)是攜帶了一個(gè)value而已，本質(zhì)和集合沒(méi)有太大的區(qū)別。

四、兩個(gè)LeetCode上集合和映射的問(wèn)題

349. 兩個(gè)數(shù)組的交集
題目地址：
349. 兩個(gè)數(shù)組的交集
描述：
給定兩個(gè)數(shù)組，編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)來(lái)計(jì)算它們的交集。
例子：
輸入: nums1 = [1,2,2,1], nums2 = [2,2]
輸出: [2]
代碼：

import java.util.ArrayList;
import java.util.TreeSet;
public class Solution {
    // 349. 兩個(gè)數(shù)組的交集
    public int[] intersection(int[] nums1, int[] nums2) {

        TreeSet set = new TreeSet<>();

        for (int num : nums1) {
            set.add(num);
        }

        ArrayList list = new ArrayList<>();
        for (int num : nums2) {
            if (set.contains(num)) {
                list.add(num);
                set.remove(num);
            }
        }

        int[] arr = new int[list.size()];
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            arr[i] = list.get(i);
        }
        return arr;
    }

}

350. 兩個(gè)數(shù)組的交集 II
題目地址：
350. 兩個(gè)數(shù)組的交集 II
描述：
給定兩個(gè)數(shù)組，編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)來(lái)計(jì)算它們的交集。
例子：
輸入: nums1 = [1,2,2,1], nums2 = [2,2]
輸出: [2,2]
代碼：

import java.util.ArrayList;
import java.util.TreeMap;
public class Solution {

    // 350. 兩個(gè)數(shù)組的交集 II
    public int[] intersect(int[] nums1, int[] nums2) {

        TreeMap map = new TreeMap<>();

        for (int num : nums1) {
            if (map.containsKey(num)) {
                map.put(num, map.get(num) + 1);
            } else {
                map.put(num, 1);
            }
        }

        ArrayList list = new ArrayList();
        for (int num : nums2) {
            if (map.containsKey(num)) {
                list.add(num);
                int count = map.get(num);
                map.put(num, --count);
                if (count == 0) {
                    map.remove(num);
                }
            }
        }

        int[] arr = new int[list.size()];
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            arr[i] = list.get(i);
        }
        return arr;

    }

}

云服務(wù)器 GPU云服務(wù)器 map集合的使用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的理解 map集合如何遍歷map集合

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我理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（六）—— 集合和映射（Set And Map）

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