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基于數(shù)組或鏈表實(shí)現(xiàn)Map

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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「貝塔學(xué)JAVA」，作者Silently9527。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系貝塔學(xué)JAVA公眾號。

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前言

JAVA中的Map主要就是將一個鍵和一個值聯(lián)系起來。雖然JAVA中已經(jīng)提供了很多Map的實(shí)現(xiàn)，為了學(xué)習(xí)并掌握常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從本篇開始我將自己實(shí)現(xiàn)Map的功能，本篇主要是通過數(shù)組和鏈表兩種方式實(shí)現(xiàn)，之后提供二叉樹，紅黑樹，散列表的版本實(shí)現(xiàn)。通過自己手寫各個版本的Map實(shí)現(xiàn)，掌握每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，可以在實(shí)際的工作中根據(jù)需要選擇適合的Map。

Map API的定義

在開始之前，我們需要先定義出Map的接口定義，后續(xù)的版本都會基于此接口實(shí)現(xiàn)

 
 
 
  
  
  public interface Map { 
  
  
      void put(K key, V value); 
  
  
   
  
  
      V get(K key); 
  
  
   
  
  
      void delete(K key); 
  
  
       
  
  
      int size(); 
  
  
   
  
  
      Iterable keys(); 
  
  
   
  
  
      default boolean contains(K key) { 
  
  
          return get(key) != null; 
  
  
      } 
  
  
   
  
  
      default boolean isEmpty() { 
  
  
          return size() == 0; 
  
  
      } 
  
  
  }

這個接口是最簡單的一個Map定義，相信這些方法對于java程序員來說不會陌生;

基于鏈表實(shí)現(xiàn)Map

基于鏈表實(shí)現(xiàn)首先我們需要定義一個Node節(jié)點(diǎn)，表示我們需要存儲的key、vlaue

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

get方法的實(shí)現(xiàn)思路是遍歷鏈表，然后比較每個Node中的key是否相等，如果相等就返回value，否則返回null

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public V get(K key) { 
  
  
      return searchNode(key).map(node -> node.value).orElse(null); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  public Optional searchNode(K key) { 
  
  
      for (Node node = root; node != null; node = node.next) { 
  
  
          if (node.key.equals(key)) { 
  
  
              return Optional.of(node); 
  
  
          } 
  
  
      } 
  
  
      return Optional.empty(); 
  
  
  }

put方法的實(shí)現(xiàn)思路也是遍歷鏈表，然后比較每個Node的key值是否相等，如果相等那么覆蓋掉value，如果未查找到有key相等的node，那么就新建一個Node放到鏈表的開頭

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public void put(K key, V value) { 
  
  
      Optional optionalNode = searchNode(key); 
  
  
   
  
  
      if (optionalNode.isPresent()) { 
  
  
          optionalNode.get().value = value; 
  
  
          return; 
  
  
      } 
  
  
      this.root = new Node(key, value, root); 
  
  
  }

delete方法實(shí)現(xiàn)同樣也需要遍歷鏈表，因?yàn)槲覀兊氖菃蜗蜴湵?，刪除某個節(jié)點(diǎn)有兩種思路，第一種，在遍歷鏈表的時候記錄下當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的上一個節(jié)點(diǎn)，把上一個節(jié)點(diǎn)的next指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn)next;第二種，當(dāng)遍歷到需要刪除的節(jié)點(diǎn)時，把需要刪除節(jié)點(diǎn)的next的key、value完全復(fù)制到需要刪除的節(jié)點(diǎn)，把next指針指向next.next，比如：first - > A -> B -> C -> D -> E -> F -> G -> NULL,要刪除 C 節(jié)點(diǎn)，就把D節(jié)點(diǎn)完全復(fù)制到c中，然后C -> E，變相刪除了C

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public void delete(K key) { 
  
  
  // 第一種實(shí)現(xiàn)： 
  
  
  //        for (Node node = first, preNode = null; node != null; preNode = node, node = node.next) { 
  
  
  //            if (node.key.equals(key)) { 
  
  
  //                if (Objects.isNull(preNode)) { 
  
  
  //                    first = first.next; 
  
  
  //                } else { 
  
  
  //                    preNode.next = node.next; 
  
  
  //                } 
  
  
  //            } 
  
  
  //        } 
  
  
   
  
  
  // 第二中實(shí)現(xiàn): 
  
  
      for (Node node = first; node != null; node = node.next) { 
  
  
          if (node.key.equals(key)) { 
  
  
              Node next = node.next; 
  
  
              node.key = next.key; 
  
  
              node.value =next.value; 
  
  
              node.next = next.next; 
  
  
          } 
  
  
      } 
  
  
  }

分析上面基于鏈表實(shí)現(xiàn)的map，每次的put、get、delete都需要遍歷整個鏈表，非常的低效，無法處理大量的數(shù)據(jù)，時間復(fù)雜度為O(N)

”

基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)Map

基于鏈表的實(shí)現(xiàn)非常低效，因?yàn)槊看尾僮鞫夹枰闅v鏈表，假如我們的數(shù)據(jù)是有序的，那么查找的時候我們可以使用二分查找法，那么get方法會加快很多

為了體現(xiàn)出我們的Map是有序的，我們需要重新定義一個有序的Map

 
 
 
  
  
  public interface SortedMap, V> extends Map { 
  
  
      int rank(K key); 
  
  
  }

該定義要求key必須實(shí)現(xiàn)接口Comparable，rank方法如果key值存在就返回對應(yīng)在數(shù)組中的下標(biāo)，如果不存在就返回小于key鍵的數(shù)量

在基于數(shù)組的實(shí)現(xiàn)中，我們會定義兩個數(shù)組變量分部存放keys、values;
rank方法的實(shí)現(xiàn)：由于我們整個數(shù)組都是有序的，我們可以二分查找法(可以查看《老哥是時候來復(fù)習(xí)下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法了》)，如果存在就返回所在數(shù)組的下表，如果不存在就返回0

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public int rank(K key) { 
  
  
      int lo = 0, hi = size - 1; 
  
  
      while (lo <= hi) { 
  
  
          int mid = (hi - lo) / 2 + lo; 
  
  
          int compare = key.compareTo(keys[mid]); 
  
  
          if (compare > 0) { 
  
  
              lo = mid + 1; 
  
  
          } else if (compare < 0) { 
  
  
              hi = mid - 1; 
  
  
          } else { 
  
  
              return mid; 
  
  
          } 
  
  
      } 
  
  
      return lo; 
  
  
  }

get方法實(shí)現(xiàn)：基于rank方法，判斷返回的keys[index]與key進(jìn)行比較，如果相等返回values[index]，不相等就返回null

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public V get(K key) { 
  
  
      int index = this.rank(key); 
  
  
      if (index < size && key.compareTo(keys[index]) == 0) { 
  
  
          return values[index]; 
  
  
      } 
  
  
      return null; 
  
  
  }

put方法實(shí)現(xiàn)：基于rank方法，判斷返回的keys[index]與key進(jìn)行比較，如果相等直接修改values[index]的值，如果不相等表示不存在該key，需要插入并且移動數(shù)組

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public void put(K key, V value) { 
  
  
      int index = this.rank(key); 
  
  
      if (index < size && key.compareTo(keys[index]) == 0) { 
  
  
          values[index] = value; 
  
  
          return; 
  
  
      } 
  
  
   
  
  
      for (int j = size; j > index; j--) { 
  
  
          this.keys[j] = this.keys[j--]; 
  
  
          this.values[j] = this.values[j--]; 
  
  
      } 
  
  
      keys[index] = key; 
  
  
      values[index] = value; 
  
  
      size++; 
  
  
  }

delete方法實(shí)現(xiàn)：通過rank方法判斷該key是否存在，如果不存在就直接返回，如果存在需要移動數(shù)組

 
 
 
  
  
  @Override 
  
  
  public void delete(K key) { 
  
  
      int index = this.rank(key); 
  
  
      if (Objects.isNull(keys[index]) || key.compareTo(keys[index]) != 0) { 
  
  
          return; 
  
  
      } 
  
  
      for (int j = index; j < size - 1; j++) { 
  
  
          keys[j] = keys[j + 1]; 
  
  
          values[j] = values[j + 1]; 
  
  
      } 
  
  
      keys[size - 1] = null; 
  
  
      values[size - 1] = null; 
  
  
      size--; 
  
  
  }

基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的Map，雖然get方法采用的二分查找法，很快O(logN)，但是在處理大量數(shù)據(jù)的情況下效率依然很低，因?yàn)閜ut方法還是太慢;下篇我們將基于二叉樹來實(shí)現(xiàn)Map，繼續(xù)改進(jìn)提升效率

”

文中所有源碼已放入到了github倉庫https://github.com/silently9527/JavaCore

新聞名稱：基于數(shù)組或鏈表實(shí)現(xiàn)Map
轉(zhuǎn)載源于：http://fisionsoft.com.cn/article/cophjhc.html

新聞中心

[[388024]]

前言

Map API的定義

基于鏈表實(shí)現(xiàn)Map

基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)Map

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