Java TreeSet

介绍

TreeSet 是 Java 集合框架中的一个重要类，它实现了 SortedSet 接口。TreeSet 基于红黑树（Red-Black Tree）数据结构实现，因此它能够自动对元素进行排序。与 HashSet 不同，TreeSet 中的元素是有序的，并且不允许存储重复值。

TreeSet 的主要特点包括：

• 元素自动排序（默认按自然顺序升序排列）。
• 不允许存储重复元素。
• 支持高效的查找、插入和删除操作（时间复杂度为 O(log n)）。

基本用法

创建 TreeSet

要使用 TreeSet，首先需要导入 java.util.TreeSet 包。然后可以通过以下方式创建一个 TreeSet 实例：

java

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 TreeSet
        TreeSet<Integer> numbers = new TreeSet<>();

        // 添加元素
        numbers.add(5);
        numbers.add(3);
        numbers.add(8);
        numbers.add(1);

        // 输出 TreeSet
        System.out.println(numbers); // 输出: [1, 3, 5, 8]
    }
}

备注

TreeSet 会自动对元素进行排序，因此输出的顺序是 [1, 3, 5, 8]，而不是插入的顺序。

自定义排序

TreeSet 默认使用自然顺序（如数字的升序、字符串的字典序）进行排序。如果需要自定义排序规则，可以通过传递一个 Comparator 对象来实现。

java

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetCustomSort {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个按降序排序的 TreeSet
        TreeSet<Integer> numbers = new TreeSet<>(Comparator.reverseOrder());

        // 添加元素
        numbers.add(5);
        numbers.add(3);
        numbers.add(8);
        numbers.add(1);

        // 输出 TreeSet
        System.out.println(numbers); // 输出: [8, 5, 3, 1]
    }
}

提示

Comparator.reverseOrder() 是一个内置的比较器，用于实现降序排序。你也可以自定义 Comparator 来实现更复杂的排序逻辑。

常用方法

TreeSet 提供了许多有用的方法，以下是一些常用的方法：

• add(E e)：添加元素。
• remove(Object o)：删除元素。
• contains(Object o)：检查是否包含某个元素。
• first()：返回第一个（最小）元素。
• last()：返回最后一个（最大）元素。
• pollFirst()：移除并返回第一个元素。
• pollLast()：移除并返回最后一个元素。

java

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetMethods {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<String> fruits = new TreeSet<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");

        System.out.println("First fruit: " + fruits.first()); // 输出: Apple
        System.out.println("Last fruit: " + fruits.last());  // 输出: Cherry

        fruits.pollFirst(); // 移除第一个元素
        System.out.println("After pollFirst: " + fruits); // 输出: [Banana, Cherry]
    }
}

实际应用场景

场景 1：维护有序数据

假设你需要维护一个有序的学生成绩列表，并且需要快速获取最高分和最低分。TreeSet 是一个理想的选择。

java

import java.util.TreeSet;

public class StudentScores {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Integer> scores = new TreeSet<>();
        scores.add(85);
        scores.add(90);
        scores.add(78);
        scores.add(92);

        System.out.println("Highest score: " + scores.last()); // 输出: 92
        System.out.println("Lowest score: " + scores.first()); // 输出: 78
    }
}

场景 2：去重并排序

如果你有一个包含重复元素的列表，并且需要去重并排序，TreeSet 可以轻松实现。

java

import java.util.TreeSet;

public class UniqueSortedNames {
    public static void main(String[] args) {
        String[] names = {"Alice", "Bob", "Alice", "Charlie", "Bob"};
        TreeSet<String> uniqueNames = new TreeSet<>();

        for (String name : names) {
            uniqueNames.add(name);
        }

        System.out.println("Unique and sorted names: " + uniqueNames);
        // 输出: [Alice, Bob, Charlie]
    }
}

总结

TreeSet 是 Java 中一个非常有用的集合类，特别适用于需要维护有序且唯一元素的场景。它基于红黑树实现，提供了高效的查找、插入和删除操作。通过自定义 Comparator，你可以灵活地控制元素的排序规则。

附加资源与练习

• 练习 1：创建一个 TreeSet，存储一组字符串，并尝试使用自定义的 Comparator 按字符串长度排序。
• 练习 2：编写一个程序，使用 TreeSet 存储一组整数，并找出其中的中位数。

警告

在使用 TreeSet 时，请确保元素类型实现了 Comparable 接口，或者提供一个自定义的 Comparator，否则会抛出 ClassCastException。

希望这篇内容能帮助你更好地理解和使用 TreeSet！如果你有任何问题，欢迎在评论区留言。