第十七天
集合技术
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作业
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猜数字游戏
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/*
* 猜数字游戏
*/
public class HomeWork1 {
public static void main(String[] args) {
// 获取被猜的那个数字，需要使用随机数类产生
Random r = new Random();
// 获取到1~100之间的一个数字
int number = r.nextInt(100) + 1;
// 创建专门负责键盘录入的那个对象
Scanner sc = new Scanner( System.in );
// 使用死循环，完成数字的判断和重复输入功能
while( true ){
// 获取键盘录入的数字
System.out.println("请输入您猜的数字(范围1~100)：");
int x = sc.nextInt();
// 判断当前输入的数字和被猜的那个数字关系
if( x == number ){
System.out.println("恭喜您，猜中啦！！！");
break;
}else if( x < number ){
System.out.println("您猜小了，请继续");
}else{
System.out.println("您猜大了，请继续");
}
}
}
}
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Collection集合回顾
集合：Collection接口，它是集合的顶层接口。其中定义了集合共性的操作方法。
增：add、addAll
删除：clear、remove、removeAll、RetainAll
查询：size
遍历：iterator，得到一个迭代器对象
判断：contains、containsAll、isEmpty
迭代器对象：Iterator，它是所有集合共有的迭代对象
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先要判断，使用hasNext方法
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取出元素，使用next方法
细节：
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一次判断，最好使用一次next方法
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在遍历的时候，不要使用集合自身的增删方法修改集合。
List接口：
Set接口：
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List接口
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List接口特点
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List接口它是Collection接口的子接口。List接口下的所有集合容器：
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有序
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可以重复
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有下标
由于List接口下的集合拥有下标，因此List接口拥有自己特有的方法：这些方法都是围绕下标设计的。
add(int index , Object element )
remove( int index )
get( int index )
set( int index , Object element )
List接口自己的迭代器：
ListIterator：它可以正向或逆向遍历List集合。同时可以对集合进行增，删、改、查操作。
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ArrayList集合
ArrayList：它的底层是可变数组，查询快，增删慢，不安全！
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LinkedList集合
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LinkedList介绍：
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LinkedList集合，它也List接口的实现类。和ArrayList相同。都可以去使用List接口中的所有方法。
sun公司给List接口提供多个实现类的目的：
原因是实际开发中，我们需要不同的容器来存储不同对象。
不同的容器：每个容器都有自己对数据的存储方式（数据结构）。不同方式结构存储的数据，它们在性能上差异很大。
LinkedList集合：它的底层是链接列表结构（链表）。
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LinkedList数据结构（理解链表结构）：
链表：它主要也是用来存储数据。存储数据的每个空间被称为节点。
节点一般分成2个小空间：一个存储的节点的地址，一个存储的真正存放的数据。
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LinkedList结构演示（编写代码测试）
由于LinkedList集合底层是链表结构。因此LinkedList集合在List接口之上，有增加了围绕头和尾而设计的增、删、改、查操作。
xxxxFirst 和 xxxxxLast方法
// 删除方法
public static void demo2() {
/// 创建集合对象
LinkedList list = new LinkedList();
// 添加元素
list.addFirst("aaa");
list.addFirst("bbb");
list.addLast("ccc");
// 删除方法
Object obj = list.removeFirst();
System.out.println(obj);
System.out.println(list);
}
// 添加方法
public static void demo1() {
/// 创建集合对象
LinkedList list = new LinkedList();
// 添加元素
list.addFirst("aaa");
list.addFirst("bbb");
list.addLast("ccc");
// 遍历
for( Iterator it = list.iterator() ; it.hasNext() ; ){
System.out.println(it.next());
}
}
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模拟数据结构
/*
* 由于LinkedList集合它有头和尾，因此经常使用这个集合模拟其他的数据结构
* 队列结构：这种结构存储的数据在容器，最先进入容器的元素，先先出去。
* 简单介绍：先进先出，后进后出
* 例如：排队买票。火车过山洞。
*
* 堆栈结构：这种结构存储的数据在容器，最先进入的最后出去
* 简单介绍：先进后出，后进先出。
* 例如：弹夹。Java中的栈内存。
*/
public static void demo3() {
/// 创建集合对象
LinkedList list = new LinkedList();
// 添加元素
list.addLast("aaa");
list.addLast("bbb");
list.addLast("ccc");
list.addLast("ddd");
list.addLast("eee");
// 模拟队列结构
System.out.println(list.removeFirst());
System.out.println(list.removeFirst());
System.out.println(list.removeFirst());
System.out.println(list.removeFirst());
System.out.println(list.removeFirst());
/*
* 结论：使用LinkedList模拟队列结构的时候：
* 添加和删除的方法调用正好相反。
* 添加使用addLast ，删除就使用removeFirst
* 添加使用addFirst，删除就使用removeLast
*
* 模拟堆栈结构：
* 添加使用addLast ，删除就使用removeLast
* 添加使用addFirst ，删除就使用removeFirst
*/
}
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Vector集合
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Vector集合介绍
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Vector集合它是JDK1.0时期存在的集合。其功能和ArrayList集合相同。
Vector的底层使用的也是可变数组。Vector集合它增删、查询都慢。它的底层是安全的。后期看到Vector集合，就当作ArrayList集合使用。
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Vector集合演示
// 使用Iterator遍历
public static void demo1() {
// 创建集合对象
Vector v = new Vector();
// 添加方法
v.addElement("aaa");
v.add("bbb");
v.add("bbb");
v.add("ccc");
// 使用Iterator遍历
for( Iterator it = v.iterator() ; it.hasNext() ; ){
System.out.println(it.next());
}
}
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Enumeration接口（知道这个接口作用）
// 使用古老的枚举迭代器遍历
public static void demo2() {
// 创建集合对象
Vector v = new Vector();
// 添加方法
v.addElement("aaa");
v.add("bbb");
v.add("bbb");
v.add("ccc");
/*
* 使用Vector中的 elements 方法可以得到一个枚举迭代器（早期迭代器）
* Enumeration : 它是一个接口，主要用来遍历集合（Vector）
* Enumeration这个接口被Iterator代替，并且Iterator中有remove方法，
* Iterator中的方法名称较短。
*/
Enumeration en = v.elements();
while( en.hasMoreElements() ){
System.out.println(en.nextElement());
}
}
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List接口总结：
List接口：它限定它下面的所有集合容器拥有下标、可以存放重复元素、有序。其中定义了围绕下标而操作的方法。
ArrayList：
底层是可变数组。增删慢、查询快。不安全。可以使用null作为元素。
LinkedList：
底层是链表结构。增删快、查询慢，不安全。可以使用null作为元素。其中定义了围绕头和尾的方法，可以模拟 队列或堆栈数据结构。
Vector：
底层是可变数组，被ArrayList代替。什么都慢。但安全。可以使用null作为元素
Enumeration：它是古老的迭代器。被Iterator代替。
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Set接口
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Set接口介绍
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前面学习Collection接口的时候，下面有2个子接口：
List接口：可以保存重复元素，有下标，有序。
Set接口：可以保存不重复元素。
注意：Set接口没有自己特有的方法，所有方法全部来自于Collection接口。
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HashSet集合（重点）
Set接口下的所有集合容器中保存的元素都不会重复。
Set接口下有2个重要的集合：
HashSet：
TreeSet：
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HashSet集合介绍
HashSet：它的底层是哈希表结构支持。它不保证迭代顺序（存取），同时它不安全。
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HashSet演示
/*
* 演示 HashSet集合
*/
public class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
HashSet set = new HashSet();
// 添加元素
set.add("aaa");
set.add("aaa");
set.add("bbb");
set.add("ccc");
set.add("ccc");
set.add("ddd");
// 使用Iterator遍历
for( Iterator it = set.iterator() ; it.hasNext() ; ){
System.out.println( it.next() );
}
}
}
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哈希表介绍（理解哈希表存储元素方式）
哈希表：它也是一种存储数据的方式。它的底层使用的依然是数组，只是在存储元素的时候不按照数组下标从小到大的顺序存放。
如果有元素需要给哈希表结构中保存的时候，这时不会直接将元素给表中保存，而是根据当前这个元素自身的一些特点（成员变量等）计算这个元素应该在表中的那个空间中保存。
哈希表存放对象的时候，需要根据当前对象的特定计算对象在表中的存储位置。任何对象都可以给集合中保存，那么任何对象肯定可以给HashSet集合中保存。
任何对象在保存的时候，都需要计算存储位置。任何对都应该具体计算存储位置的功能，这个功能（方法）定义在Object类中。
我们给任何哈希表中存储的对象，都会依赖这个对象的hashCode方法计算哈希值，通过哈希值确定对象在表中的存储位置。
哈希冲突：如果两个对象调用hahsCode方法之后得到的哈希值相同，称为哈希冲突。
在给哈希中存放对象的时候，如果存储哈希冲突，这时就会调用2个对象equals方法计算它们是否相同。如果相同，就丢弃当前正要存放的这个对象，如果不同就会继续保存。
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HashSet存放自定义对象（必须书写代码测试，理解hashCode和equals方法作用）
自定义对象：不使用JDK中提供的类创建的对象，自己书写一个，然后创建这个类的对象，最后将其保存在HashSet集合中。
/*
* 演示给HashSet中存放自定义对象
*/
public class HashSetDemo2 {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
HashSet set = new HashSet();
// 添加Person对象到集合中
Person p = new Person("zhangsan",12);
set.add(p);
set.add(new Person("lisi",22));
set.add(new Person("lisi",22));
set.add(new Person("wangwu",29));
set.add(new Person("zhaoliu",32));
set.add(new Person("zhaoliu",32));
set.add(new Person("tianqi",35));
// 遍历
for( Iterator it = set.iterator(); it.hasNext() ; ){
System.out.println(it.next());
}
}
}
/*
* 自定义类
*/
public class Person {
private String name;
private int age;
// alt + shift + S
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
}
public Person(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
}
运行上面的程序，给HashSet中保存Person对象：
发现运行的结果出现了重复的数据。
解释存储的Person对象重复的原因：
我们知道HashSet的底层使用的哈希表，哈希表在存储对象的时候需要调用对象自身的hashCode方法计算在表中存储的位置。
而在我们自己的程序中，我们创建了多个Person对象，每个Person对象都在堆中有自己的内存地址。虽然有些Person对象表示的name和age相同的，但是他们所在的对象的内存地址是不同的。而我们在书写的Person类又继承了Object类，这样就相当于Person类拥有了hashCode方法，而这个hashCode方法完全使用的是Object类中的。而Object类中的hashCode方法是根据当前对象的内存地址计算哈希值，每个Person对象都拥有自己的内存地址，即使他们的name和age相同，但是他们的内存地址不同，计算出来的哈希值肯定也不同，那么每个Person对象都可以保存到哈希表中。
解决方案：
根据每个Person对象自己的name和age计算它们的哈希值。相当于Person类继承到Object类中的hashCode方法不适合当前Person类，Person类需要复写hashCode方法。
复写完hashCode方法之后，还要复写Object类中的equals方法。因为如果hashCode计算的结果相同，这时还要调用equals方法来判断2个对象是否相同。
而Object类中的equals方法在使用2个对象的地址比较。而我们创建的每个Person地址都不相同，那么直接使用Object类中的equals方法，比较的结果肯定是false。我们希望通过2个对象的name和age比较2个对象是否相同。
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HashSet保证对象唯一原因
HashSet集合保证对象唯一：
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首先会调用对象的hashCode方法计算存储位置。
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如果位置相同，会调用equals方法。如果equals方法返回的true，当前对象就不会被保存。如果是false依然保存。
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结论：以后只要是给HashSet集合中保存的对象，这个对象所属的类一定要复写Object类中的hashCode和equals方法。
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HashSet总结
1、HashSet集合是Set接口的实现类。它保证元素不重复。
2、HashSet底层使用的哈希表，不保证存取的顺序（迭代顺序）。
3、保证对象不重复需要复写hashCode和equals方法。
4、HashSet集合只能使用Iterator和foreach遍历，不能使用List接口的特有方法遍历。
5、HashSet不安全。
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LinkedHashSet介绍
LinkedHashSet集合：它是HashSet的子类。它的底层接口是链表+哈希表结构。
它的特点：
-
肯定可以保证对象唯一
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不安全
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可以保证元素的存取顺序。
LinkedHashSet集合没有自己特有方法，所有方法全部继承与HashSet集合。
/*
* 演示LinkedHashSet集合
*/
public class LinkedHashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
// 添加元素
set.add("ccc");
set.add("bbb");
set.add("bbb");
set.add("ddd");
set.add("ddd");
set.add("aaa");
set.add("aaa");
// 使用Iterator遍历
for (Iterator it = set.iterator(); it.hasNext();) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
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TreeSet集合
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TreeSet介绍
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ArrayList：底层可变数组，可以保存重复元素，有下标。
LinkedList：底层链表结构，有头和尾，可以保存重复元素。
HashSet：底层哈希表，不重复，不保证存储顺序。
LinkedHashSet：底层哈希表+链表，不重复，保证存取顺序。
上面的这些集合容器可以存储对象，但是他们都不能对其中保存的对象进行排序操作。
TreeSet：它依然是Set接口的实现类，肯定可以使用Set接口中的所有方法。同时也会保证对象的唯一。TreeSet集合容器中保存对象的时候，只要将对象放到这个集合中，集合底层会自动的对其中的所有元素进行排序。当我们在取出的时候，元素全部排序完成。
TreeSet集合：它的底层使用二叉树（红黑树）结构。这种结构可以对其中的元素进行自然排序。
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TreeSet集合演示
/*
* 演示TreeSet集合
*/
public class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
TreeSet set = new TreeSet();
// 给集合中添加方法
set.add("aaa");
set.add("aaa");
set.add("aaa");
set.add("bbb");
set.add("bbb");
set.add("AAA");
set.add("ABC");
set.add("Abc");
set.add("123");
// 遍历
for( Iterator it = set.iterator() ; it.hasNext() ; ){
System.out.println(it.next());
}
}
}
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树结构介绍
树：它也是一种数据结构。这种结构它默认可以对其中的数据进行排序。
我们如果给树结构中存储元素的时候，每个存储元素的空间被节点。处于树根的位置节点称为根节点。其他节点称为子节点（叶子节点）。
TreeSet底层存储数据时的方式：
当我们给TreeSet集合中保存对象的时候，需要拿当前这个对象和已经在树上的元素进行比较大小，如果存储的元素小，就会当前这个节点的左侧保存，如果比当前这个节点的值大，就给当前这个节点的右侧保存。如果和当前 这个节点相同，丢弃不保存。
需要拿当前这个对象和当前节点上的值进行大小的比较。这时要求能够TreeSet集合中保存的对象，一定可以进行大小的比较。
注意：给TreeSet中保存的对象，一定要保证这些对象类型相同，或者他们之间有继承关系。
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TreeSet集合保存自定义
上面代码在运行的时候发生异常：
发生异常的原因：
在TreeSet的底层，需要将添加到TreeSet集合中的对象强制转成Comparable类型。如果添加的对象不属于Comparable类型，那么在添加的时候就会发生类型转换异常。
底层将传递的对象强转成Comparable接口的原因：因为Comparable接口是Java中规定的比较大小的接口。只要哪个类需要比较大小，就应该主动去实现Comparable接口。
异常的解决方案：让Person类实现Comparable接口。
/*
* 自定义类
*/
public class Person implements Comparable{
private String name;
private int age;
// alt + shift + S
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
}
public Person(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
/*
* 当一个类实现Comparable接口之后，这个类中肯定会compareTo方法
* 而这个方法才是真比较对象大小的方法，
* 这个方法的返回值有三种情况：
* 零：表示两个对象相同
* 正数：调用这个方法的那个对象，比传递进来的这个对象大
* 负数：调用这个方法的那个对象，比传递进来的这个对象小
* 因此一般要求在实现Comparable接口之后在compareTo方法中
* 根据当前对象的自身属性的特定比较大小
*/
public int compareTo(Object o) {
// 由于传递进来的对象被提升成Object类型，因此需要向下转型
if( !(o instanceof Person ) ){
// 如果判断成立，说明传递进来的不是Person
throw new ClassCastException("请传递一个Person进来，否则不给你比较");
}
// 向下转型
Person p = (Person) o;
// 因为age都是int值，如果相等，它们的差值恰好是零
int temp = this.age - p.age;
return temp == 0 ? this.name.compareTo(p.name) : temp;
}
}
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Comparable接口
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Comparator接口
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Collection接口下的实现类总结
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Map集合
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Map集合引入
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Map集合方法
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添加方法
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删除方法
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查询方法
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keySet方法
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entrySet方法
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values方法
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HashMap集合
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TreeMap集合
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集合练习
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练习需求：
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学生管理系统程序。
