Map(映射)介绍（基于链表实现Map和基于二分搜索树实现Map）

1、什么是Map(映射)

存储( 键，值) 数据对的数据结构(Key,Value)

 根据键（Key），寻找值(Value)

非常容易使用链表或者二分搜索树实现。

2、基于链表实现Map

public class LinkedListMap<K,V>  implements IMap<K,V>{

    private class  Node<K,V>{
        K key;
        V value;
        Node next;

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

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

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

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

    //虚拟头指针
    private Node dummyHead;

    private  int size;


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


    public void add(K key, V value) {
        Node node = getNode(key);
        if(node == null){
            dummyHead.next = new Node(key, value, dummyHead.next);
            size ++;
        }else {
            //修改元素
            node.value = value;
        }
    }

    public V remove(K key) {
        Node preNode = dummyHead;
        while (preNode.next != null){
            if(preNode.next.key.equals(key)){
                break;
            }else {
                preNode = preNode.next;
            }
        }
        if(preNode.next != null){
            Node delNode = preNode.next;
            preNode.next = delNode.next;
            delNode.next = null;
            size --;
            return (V)delNode.value;
        }
        return  null;
    }

    private Node getNode(K key){
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null){
            if(cur.key.equals(key)){
                return cur;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        return  null;
    }

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

    }

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

    public void set(K key, V newValue) {
        Node node = getNode(key);
        if(node == null){
            throw  new IllegalArgumentException(key + " doesn't exist!");
        }

        node.value = newValue;

    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

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

  
}

　　

测试：

public static void main(String[] args) {
        //数据准备
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        String[] arr = {"张三", "李四","王五", "赵六","张三丰","李思明","王老五","赵明"};
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            for(String str : arr){
                String key = str +i;
                list.add(key);
            }
        }
        for(int i = 0; i < 5000; i++){
            for(String str : arr){
                String key = str +i;
                list.add(key);
            }
        }
        System.out.println("准备的数据数量=" + list.size());

        LinkedListMap<String, Integer> map = new LinkedListMap();
        for(String key: list){
            Integer value = map.get(key);
            if(value == null){
                map.add(key, 1);
            }else {
                map.add(key, value +1);
            }
        }

        System.out.println("Map size: " + map.getSize());
        String key = "张三0";
        System.out.println(key + "出现的次数：" + map.get(key));

    }

　　

测试结果：

准备的数据数量=40080
Map size: 40000
张三0出现的次数：2

3、基于二分搜索树实现Map

public class BinarySearchTreeMap<K extends Comparable<K>, V>  implements  IMap<K,V>{

    private class Node{
        public  K key;

        public  V value;

        //左孩子
        public Node left;
        //右孩子
        public Node right;

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

    private  Node root;
    private  int size;

    //向二分搜索树中添加新的元素key,value
    public void add(K key, V value){
        root = add(root, key, value);
    }

    //向以node为根的二分搜索树种插入元素key,value，递归算法
    public Node add(Node node, K key, V value){

        if(node == null){
            size ++;
            return new Node(key, value);
        }
        if(key.compareTo(node.key) < 0){
            node.left = add(node.left, key, value);
        }else  if(key.compareTo(node.key) > 0){
            node.right = add(node.right, key, value);
        }else { //key.compareTo(node.key) = 0
            node.value = value;
        }
        return  node;

    }



    //寻找最小节点
    public K minimum(){
        if(size == 0){
            throw  new IllegalArgumentException("Bst is empty");
        }
        return  minimum(root).key;

    }

    //返回以Node为根的二分搜索树的最小值的节点
    public Node minimum(Node node){
        if(node.left == null){
            return  node;
        }
        return  minimum(node.left);
    }

    // 从二分搜索树中删除最小值所在节点, 返回最小值
    public K removeMin(){
        K key = minimum();
        root = removeMin(root);//注意这里，我们从root为根的树中删除掉了最小值，返回删除后的树的根节点，这个
        //根节点就是新的root
        return key;
    }


    // 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小节点
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node removeMin(Node node){
        // 递归的终止条件，当前节点没有左子树了，那么就是最小节点了
        // 如果是最小节点，我们要做的是删除当前节点，但是当前节点很可能是有右子树的
        // 我们先把该节点的右子树节点保存，然后就删除掉该右子树节点，最后把右子树节点返回即可
        if(node.left == null){
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;//左节点为空了，让右子树也为空，相当于脱离了树
            size --;
            return rightNode;//返回右子树是为了后面的绑定操作
        }
        // 没有递归到底的情况，那么就递归调用其左子树，这个调用的过程会返回被删除节点的右子树，
        //将返回的右子树重新绑定到上一层的node的左节点上就相当于彻底删除了那个元素
        node.left = removeMin(node.left);
        return node; // 删除后，根节点依然是node，返回即可
    }

    //从二分搜索树中删除元素为e的节点
    public V remove(K key) {
        Node node = getNode(key);
        if(node != null){
            root = remove(root, key);
            return  node.value;
        }
        return  null;

    }

    //删除以node为根的二分搜索树中值为键为key的节点，递归算法
    // 返回要删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node remove(Node node,K key) {

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

        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            node.left = remove(node.left, key);
        }

        if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            node.right = remove(node.right, key);
        } else {

            // 待删除节点左子树为空
            if (node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                return rightNode;
            }

            // 待删除节点右子树为空
            if (node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                return leftNode;
            }

            // 待删除的节点左右子树均不为空
            // 找到比待删除节点大的最小节点，即待删除节点右子树的最小节点
            // 用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;

        }

        return null;

    }


    public boolean contains(K key) {

        return getNode(key) != null;
    }

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

    public void set(K key, V newValue) {
        Node node = getNode(key);
        if(node == null){
            throw  new IllegalArgumentException(key + " doesn't exist");
        }
        node.value = newValue;
    }
    private Node getNode(K key){
        return  getNode(root, key);
    }

    private Node getNode(Node node, K key){
        if(node == null){
            return  null;
        }
        if(key.compareTo(node.key) == 0){
            return  node;
        } else if(key.compareTo(node.key) < 0){
           return getNode(node.left, key);
        }else { //if(key.compareTo(node.key) > 0)
            return getNode(node.right, key);
        }

    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

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

   
}

　　

测试：

 public static void main(String[] args) {
        //数据准备
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        String[] arr = {"张三", "李四","王五", "赵六","张三丰","李思明","王老五","赵明"};
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            for(String str : arr){
                String key = str +i;
                list.add(key);
            }
        }
        for(int i = 0; i < 5000; i++){
            for(String str : arr){
                String key = str +i;
                list.add(key);
            }
        }
        System.out.println("准备的数据数量=" + list.size());

        BinarySearchTreeMap<String, Integer> map = new BinarySearchTreeMap();
        for(String key: list){
            Integer value = map.get(key);
            if(value == null){
                map.add(key, 1);
            }else {
                map.add(key, value +1);
            }
        }

        System.out.println("Map size: " + map.getSize());
        String key = "张三0";
        System.out.println(key + "出现的次数：" + map.get(key));

    }

　　

输出结果：（和基于链表的Map结果一致，但是速度明显更快）

准备的数据数量=40080
Map size: 40000
张三0出现的次数：2

5、两种Map进行比较

public class TwoMapTest {

    private static  double testMap(IMap<String, Integer> map, ArrayList<String> list){
        long startTime = System.nanoTime();

        for(String key: list){
            Integer value = map.get(key);
            if(value == null){
                map.add(key, 1);
            }else {
                map.add(key, value +1);
            }
        }
        System.out.println("Map size: " + map.getSize());
        String key = "张三0";
        System.out.println(key + "出现的次数：" + map.get(key));
        long endTme = System.nanoTime();
        return  (endTme - startTime) / 1000000000.0;
    }

    public static void main(String[] args) {

        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        String[] arr = {"张三", "李四","王五", "赵六","张三丰","李思明","王老五","赵明"};
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            for(String str : arr){
                String key = str +i;
                list.add(key);
            }
        }
        for(int i = 0; i < 5000; i++){
            for(String str : arr){
                String key = str +i;
                list.add(key);
            }
        }
        System.out.println("准备的数据数量=" + list.size());


        LinkedListMap<String, Integer> map1 = new LinkedListMap<String, Integer>();
        double time1 =  testMap(map1, list);
        System.out.println("链表Map花费" + time1);
        System.out.println("-------------------------------");
        BinarySearchTreeMap<String, Integer> map2 = new BinarySearchTreeMap<String, Integer>();
        double time2 =   testMap(map2, list);
        System.out.println("testMapSet花费" + time2);

    }
}

　　

输出结果如下：

准备的数据数量=40080
Map size: 40000
张三0出现的次数：2
链表Map花费12.458235521
-------------------------------
Map size: 40000
张三0出现的次数：2
testMapSet花费0.03265158　　

输出的结果一致，BinarySearchTreeMap的时间花费明显更少。

6、Map的时间复杂度分析

 BinarySearchTreeMap最差情况为O(n),为了解决这个问题，后面引入了平衡二叉树

7、有序Map和无序Map

有序Map中的键具有顺序性，如基于搜索树实现的Map

无序Map中的键没有顺序性， 如这里基于链表的Map

8、多重Map

多重Map中的键可以重复。