Golang数据结构与算法全能战士

Python018

Golang数据结构与算法全能战士,第1张

今天给大家推荐是由Social Explorer团队开源的gods框架,自称"上帝",听这个名字就很霸气,正确的解释是GoDS(Go Data Structures),是数据结构与算法相关的框架。

全能战士,该框架覆盖了数据结构与算法里,大部分容器、集合类的实现, 比golang 的标准开发包提供更丰富的数据结构。

在Go中实现各种数据结构和算法。

吸取了其他算法库数十年的知识和经验。

通过针对给定的一组问题使用最佳算法和数据结构来避免消耗内存,例如, 在TreeMap的情况下,红黑树避免在内存中保留冗余排序的键数组。

结构良好的库,具有简单的原子操作集,胜任复杂的数据操作。

保持库向后兼容

可参考的例子非常多

可以方便集成到产品中.

没有额外的导入.当实现算法的时候,我们通常要在时间效率与内存消耗之间权衡,我们选择在内存首先的情况下,不断优化得到最好的时间效率线程安全不是重点,应该在更高的应用层上处理。

囊括了列表,栈,图,树等基本数据结构 ,集合实现了HashSet, TreeSet, LinkedHashSet,列表实现ArrayList, SinglyLinkedList, DoublyLinkedList,对栈实现LinkedListStack, ArrayStack,图实现了HashMap, TreeMap, HashBidiMap, TreeBidiMap, LinkedHashMap,树实现了RedBlackTree, AVLTree, BTree,BinaryHeap,都经过性能测试的考验,值得信赖。

对于Golang开发而言,gods对底层数据结构做很好的封装,Social Explorer团队在数据处理领域,数据可视化领域有极具竞争力的产品,相信在数据处理领域有很深的积淀,才创造这么优秀的框架,由于篇幅限制,相关图片展示效果不好,感兴趣的上官网去看看。

官网: https://www.socialexplorer.com/

GitHub https://github.com/emirpasic/gods

希望大家能从emirpasic/gods学到有价值的东西。

愿我们在Go 语言的学习之路上 从此结伴而行

这个应该随便百度一下,或者随便找一本数据结构的书都会提到的关于红黑树的具体,我能说的只有:这个数的节点被分成红色和黑色两种,枚举值是编程语言方面的问题,用来标记一个节点是什么颜色,你也可以用0和1来区分颜色

首先介绍一下什么是Map。在数组中我们是通过数组下标来对其内容索引的,而在Map中我们通过对象来对对象进行索引,用来索引的对象叫做key,其对应的对象叫做value。这就是我们平时说的键值对。

HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找,而 TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序,如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap(HashMap中元素的排列顺序是不固定的)。 

HashMap 非线程安全 TreeMap 非线程安全 

线程安全 

在Java里,线程安全一般体现在两个方面: 

1、多个thread对同一个java实例的访问(read和modify)不会相互干扰,它主要体现在关键字synchronized。如ArrayList和Vector,HashMap和Hashtable 

(后者每个方法前都有synchronized关键字)。如果你在interator一个List对象时,其它线程remove一个element,问题就出现了。 

2、每个线程都有自己的字段,而不会在多个线程之间共享。它主要体现在java.lang.ThreadLocal类,而没有Java关键字支持,如像static、transient那样。 

1.AbstractMap抽象类和SortedMap接口 

AbstractMap抽象类:(HashMap继承AbstractMap)覆盖了equals()和hashCode()方法以确保两个相等映射返回相同的哈希码。如果两个映射大小相等、包含同样的键且每个键在这两个映射中对应的值都相同,则这两个映射相等。映射的哈希码是映射元素哈希码的总和,其中每个元素是Map.Entry接口的一个实现。因此,不论映射内部顺序如何,两个相等映射会报告相同的哈希码。 

SortedMap接口:(TreeMap继承自SortedMap)它用来保持键的有序顺序。SortedMap接口为映像的视图(子集),包括两个端点提供了访问方法。除了排序是作用于映射的键以外,处理SortedMap和处理SortedSet一样。添加到SortedMap实现类的元素必须实现Comparable接口,否则您必须给它的构造函数提供一个Comparator接口的实现。TreeMap类是它的唯一一份实现。 

2.两种常规Map实现 

HashMap:基于哈希表实现。使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashCode()和equals()[可以重写hashCode()和equals()],为了优化HashMap空间的使用,您可以调优初始容量和负载因子。 

(1)HashMap(): 构建一个空的哈希映像 

(2)HashMap(Map m): 构建一个哈希映像,并且添加映像m的所有映射 

(3)HashMap(int initialCapacity): 构建一个拥有特定容量的空的哈希映像 

(4)HashMap(int initialCapacity, float loadFactor): 构建一个拥有特定容量和加载因子的空的哈希映像 

TreeMap:基于红黑树实现。TreeMap没有调优选项,因为该树总处于平衡状态。 

(1)TreeMap():构建一个空的映像树 

(2)TreeMap(Map m): 构建一个映像树,并且添加映像m中所有元素 

(3)TreeMap(Comparator c): 构建一个映像树,并且使用特定的比较器对关键字进行排序 

(4)TreeMap(SortedMap s): 构建一个映像树,添加映像树s中所有映射,并且使用与有序映像s相同的比较器排序 

3.两种常规Map性能 

HashMap:适用于在Map中插入、删除和定位元素。 

Treemap:适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)。 

4.总结 

HashMap通常比TreeMap快一点(树和哈希表的数据结构使然),建议多使用HashMap,在需要排序的Map时候才用TreeMap。

import java.util.HashMap 

import java.util.Hashtable 

import java.util.Iterator 

import java.util.Map 

import java.util.TreeMap 

public class HashMaps { 

public static void main(String[] args) { 

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>() 

map.put("a", "aaa") 

map.put("b", "bbb") 

map.put("c", "ccc") 

map.put("d", "ddd") 

Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator() 

while (iterator.hasNext()) { 

Object key = iterator.next() 

System.out.println("map.get(key) is :" + map.get(key)) 

// 定义HashTable,用来测试 

Hashtable<String, String> tab = new Hashtable<String, String>() 

tab.put("a", "aaa") 

tab.put("b", "bbb") 

tab.put("c", "ccc") 

tab.put("d", "ddd") 

Iterator<String> iterator_1 = tab.keySet().iterator() 

while (iterator_1.hasNext()) { 

Object key = iterator_1.next() 

System.out.println("tab.get(key) is :" + tab.get(key)) 

TreeMap<String, String> tmp = new TreeMap<String, String>() 

tmp.put("a", "aaa") 

tmp.put("b", "bbb") 

tmp.put("c", "ccc") 

tmp.put("d", "cdc") 

Iterator<String> iterator_2 = tmp.keySet().iterator() 

while (iterator_2.hasNext()) { 

Object key = iterator_2.next() 

System.out.println("tmp.get(key) is :" + tmp.get(key)) 

}

运行结果如下: 

map.get(key) is :ddd 

map.get(key) is :bbb 

map.get(key) is :ccc 

map.get(key) is :aaa 

tab.get(key) is :bbb 

tab.get(key) is :aaa 

tab.get(key) is :ddd 

tab.get(key) is :ccc 

tmp.get(key) is :aaa 

tmp.get(key) is :bbb 

tmp.get(key) is :ccc 

tmp.get(key) is :cdc

HashMap的结果是没有排序的,而TreeMap输出的结果是排好序的。 

下面就要进入本文的主题了。先举个例子说明一下怎样使用HashMap:

import java.util.* 

public class Exp1 { 

public static void main(String[] args){ 

HashMap h1=new HashMap() 

Random r1=new Random() 

for (int i=0i<1000i++){ 

Integer t=new Integer(r1.nextInt(20)) 

if (h1.containsKey(t)) 

((Ctime)h1.get(t)).count++ 

else 

h1.put(t, new Ctime()) 

System.out.println(h1) 

class Ctime{ 

int count=1 

public String toString(){ 

return Integer.toString(count) 

}

在HashMap中通过get()来获取value,通过put()来插入value,ContainsKey()则用来检验对象是否已经存在。可以看出,和ArrayList的操作相比,HashMap除了通过key索引其内容之外,别的方面差异并不大。 

前面介绍了,HashMap是基于HashCode的,在所有对象的超类Object中有一个HashCode()方法,但是它和equals方法一样,并不能适用于所有的情况,这样我们就需要重写自己的HashCode()方法。下面就举这样一个例子:

import java.util.* 

public class Exp2 { 

public static void main(String[] args){ 

HashMap h2=new HashMap() 

for (int i=0i<10i++) 

h2.put(new Element(i), new Figureout()) 

System.out.println("h2:") 

System.out.println("Get the result for Element:") 

Element test=new Element(5) 

if (h2.containsKey(test)) 

System.out.println((Figureout)h2.get(test)) 

else 

System.out.println("Not found") 

class Element{ 

int number 

public Element(int n){ 

number=n 

class Figureout{ 

Random r=new Random() 

boolean possible=r.nextDouble()>0.5 

public String toString(){ 

if (possible) 

return "OK!" 

else 

return "Impossible!" 

}

在这个例子中,Element用来索引对象Figureout,也即Element为key,Figureout为value。在Figureout中随机生成一个浮点数,如果它比0.5大,打印"OK!",否则打印"Impossible!"。之后查看Element(3)对应的Figureout结果如何。 

结果却发现,无论你运行多少次,得到的结果都是"Not found"。也就是说索引Element(3)并不在HashMap中。这怎么可能呢? 

原因得慢慢来说:Element的HashCode方法继承自Object,而Object中的HashCode方法返回的HashCode对应于当前的地址,也就是说对于不同的对象,即使它们的内容完全相同,用HashCode()返回的值也会不同。这样实际上违背了我们的意图。因为我们在使用 HashMap时,希望利用相同内容的对象索引得到相同的目标对象,这就需要HashCode()在此时能够返回相同的值。在上面的例子中,我们期望 new Element(i) (i=5)与 Elementtest=newElement(5)是相同的,而实际上这是两个不同的对象,尽管它们的内容相同,但它们在内存中的地址不同。因此很自然的,上面的程序得不到我们设想的结果。下面对Element类更改如下

class Element{ 

int number 

public Element(int n){ 

number=n 

public int hashCode(){ 

return number 

public boolean equals(Object o){ 

return (o instanceof Element) && (number==((Element)o).number) 

}

在这里Element覆盖了Object中的hashCode()和equals()方法。覆盖hashCode()使其以number的值作为 hashcode返回,这样对于相同内容的对象来说它们的hashcode也就相同了。而覆盖equals()是为了在HashMap判断两个key是否相等时使结果有意义(有关重写equals()的内容可以参考我的另一篇文章《重新编写Object类中的方法》)。修改后的程序运行结果如下: 

h2: 

Get the result for Element: 

Impossible! 

请记住:如果你想有效的使用HashMap,你就必须重写在其的HashCode()。 

还有两条重写HashCode()的原则: 

[list=1] 

不必对每个不同的对象都产生一个唯一的hashcode,只要你的HashCode方法使get()能够得到put()放进去的内容就可以了。即"不为一原则"。 

生成hashcode的算法尽量使hashcode的值分散一些,不要很多hashcode都集中在一个范围内,这样有利于提高HashMap的性能。即"分散原则"。至于第二条原则的具体原因,有兴趣者可以参考Bruce Eckel的《Thinking in Java》,在那里有对HashMap内部实现原理的介绍,这里就不赘述了。 

掌握了这两条原则,你就能够用好HashMap编写自己的程序了。不知道大家注意没有,java.lang.Object中提供的三个方法:clone(),equals()和hashCode()虽然很典型,但在很多情况下都不能够适用,它们只是简单的由对象的地址得出结果。这就需要我们在自己的程序中重写它们,其实java类库中也重写了千千万万个这样的方法。利用面向对象的多态性——覆盖,Java的设计者很优雅的构建了Java的结构,也更加体现了Java是一门纯OOP语言的特性。