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TreeMap与TreeSet（初步了解）_treemap和treeset

作者：Li_阴宅 | 2024-08-17 07:03:07

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treemap和treeset

日升时奋斗，日落时自省

一、Map和Set

Map/Set 及实际实现类 HashMap/TreeMap/HashSet/TreeSet 的使用，本次复习TreeMap和TreeSet

Map和set是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率与其具体的实例化子类有关：

1.直接遍历，时间复杂度为O(N)，元素如果比较多效率会非常慢
2. 二分查找，时间复杂度为O( $log_{2}n$ ),但搜索前必须要求序列是有序的
放入现实中都很难遇到巧合的情况，集合就更针对实现的复杂情况，动态查找集合便是更优的选择Map和Set就是动态查找容器

TreeMap是一个搜索树，但是不仅仅是一颗搜索树，因为单单的搜索树是不能实现很多情况为最优

搜索树相对于TreeMap其他底层代码更简单，初步入手

1、搜索树的基本概念

二叉搜索树也叫二叉排序树,基本性质：
左子树所有节点的值都小于根节点的值；

右子树所有节点的值都大于根节点的值；

它的左右子树都遵循前面的条件，分别也会构成二叉搜索树，这一整棵树才算是二叉搜索树

用一个数据举例：5 3 4 1 7 8 2 6 0 9

2、二叉搜索查找

二叉搜索树的查找有点类似于二分法查找，每次找的数据都会与当前根的值进行比较，大于根节点的就向根的右边进行查找，小于根节点的就向左边进行查找

借上面的图

思路解析：

（1）一颗搜索树不为空情况下

（2）节点值==key，return true；

（3）节点值>key，向左子树找

（4）节点值<key，向右子树找

（5）key在二叉搜索树中不存在，return false

图解：

（1）空树

（2）非空书


static  class  NodeTree{
        public int val;
        public NodeTree left;
        public NodeTree right;
 
        public NodeTree(int val){
            this.val=val;
        }
    }
    public static NodeTree root=null;
public boolean search(int key){
        NodeTree cur=root;
        while(cur!=null){   //树不为空
            if(cur.val>key) {    //节点值>key，向左子树找
                cur=cur.left;
            }else if(cur.val<key){   //节点值<key，向右子树找
                cur=cur.right;
            }else{
                return true;    //节点值==key，return true；
            }
        }
        return false;  //没有找到情况
    }

3、二叉搜索树插入

开始已经知道二叉树是什么了，插入其实就比较简单了

思路：

（1）树为空的情况，直接插入（树为空）

（2）比根节点小，向左子树走（树不为空）

（3）比根节点大，向右子树走

（4）如果找到一样的值了，就返回false

（5）直到走到空，就可以插入了

注：找到空了，怎么插入呢，这里就需要一个知道他的父节点，所以这里要记录一个父节点

（1）空树

（2）非空树

代码解析：


public  boolean insert(int key){   //二叉搜索树进行插入
        if(root==null){
            root=new NodeTree(key);   //如果为空的话就只插入
            return true;
        }
        NodeTree cur=root;
        NodeTree parent=null;          //这里记录一下父节点,为了后面找到插入位置，进行连接
        while(cur!=null){               //树不为空，一直找
            if(cur.val>key){          //跟节点值小的，
                parent=cur;           //记录当前父节点
                cur=cur.left;          //找右子树
            }else if(cur.val<key){     //根节点值大的，
                parent=cur;            //记录当前父节点
                cur=cur.right;         //找左子树
            }else{                 //搜索树中不存在相同的值，如果相同的话就返回false
                return false;
            }
        }
        NodeTree node=new NodeTree(key);   //找到插入位置了建立新节点
        if(key> parent.val){           //比父亲节点小，左边插入
            parent.right=node;
        }else{                         //比父亲节点大，右边插入
            parent.left=node;                
        }
        return true;
    }

4、二叉搜索树删除

删除的步骤就相对较多了

思路：分析以下情况（设置待删除节点为cur，当前父节点为parent）

（1）cur.left==null

（2）cur.right==null

（3）cur.left!=null&&cur.right!=null

以上三种情况，我们通过图解来详细解释

用替换法将待删除的值替换，并且保证整个二叉搜索树不会动摇

图解：

特殊情况：

代码解析：

代码是与图是相反的可以看着图来推当前代码


public void removeNode(NodeTree parent,NodeTree cur){
        if(cur.left==null){   //为了找到待删除的值
            if(cur==root){
                root=cur.right;
            }else if(cur==parent.left){
                parent.left=cur.right;
            }else if(cur==parent.right){
                parent.right=cur.right;
            }
        }else if(cur.right==null){
            if(cur==root){
                root=cur.left;
            }else if(cur==parent.left){
                parent.left=cur.left;
            }else  if(cur==parent.right){
                parent.right=cur.left;
            }
        }else{   //这里我们取一种就可以了
            NodeTree target=cur.right;
            NodeTree targetparent=cur;
            while(target.left!=null) {   //为了找替换值
                targetparent=target;
                target=target.left;
            }
            cur.val=target.val;
            if(target==targetparent.left){  //分两种情况
                targetparent.left=target.right;
            }else{
                targetparent.right=target.right;
            }
        }
    }

二、TreeMap

里面是一个集合，TreeMap的底层代码是一个Map集合接口

Map底层结构	TreeMap
底层结构	红黑树
插入/删除/查找时间复杂度	O(1)
是否有序	关于Key有序
线程安全	不安全
插入/删除/查找区别	需要进行元素比较
比较与覆写	key必须能够比较，否则会抛出 ClassCastException异常
应用场景	需要Key有序场景下

泛型有两个第一个传入key，第二个传入value

这里的key是可以比较的key值，传key时调用了比较器，如果不是可以比较的，就会报错

put方法就是将我们需要的key，value值放入存储起来

getOrDefault方法是key是否找到，如果没有就返回默认值

除了上面的方法，还有以下比较基本的方法使用，可以尝试

方法	解释
V get(Object key)	返回 key 对应的 value
V getOrDefault(Object key, V defaultValue)	返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值
V put(K key, V value)	设置 key 对应的 value
V remove(Object key)	删除 key 对应的映射关系
Set<K> keySet()	返回所有 key 的不重复集合
Collection<V> values()	返回所有 value 的可重复集合
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()	返回所有的 key-value 映射关系
boolean containsKey(Object key)	判断是否包含 key
boolean containsValue(Object value)	判断是否包含 value

前面的图TreeMap用Set棘手后打印

那Map的打印应怎么处理呢

这里肯定不能用foreach，迭代打印因为都没有继承关系

代码解释：


public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map=new TreeMap<>();
        map.put("hello",2);
        map.put("abc",1);
        Set<Map.Entry<String,Integer>> entries=map.entrySet();
        for (Map.Entry<String,Integer> set:entries) {
            System.out.println(set.getKey()+" "+set.getValue());
        }
    }

图解一下：

三、TreeSet

TreeSet的底层是TreeMap，去掉重复的元素，key的重复不会再搜索树中出现

TreeSet继承了Set，Set又继承了Collection

注：将Map与Set联系起来Set<Map.Entry<String,Integer>> entries=map.entrySet();

才能使用Iterable中迭代打印，foreach打印等方法，Map一系中是独立出来并没有实现在下面的关系图中，TreeSet弥补了当前的缺陷。

TreeSet的底层是TreeMap，直接将TreeMap与上面的关系图联系起来，TreeSet也同样有TreeMap的限制，泛型传值中是需要经过比较。（用于Map相同的方法）

Set<Map.Entry<String,Integer>> entries=map.entrySet();

解释：

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