实验十一 集合
实验时间 2018-11-8
一 理论知识
一般将数据结构分为两大类：线性数据结构和非线性数据结构。线性数据结构：线性表、栈、队列、串、数组和文件。非线性数据结构：树和图。
线性表按其存储结构可分为顺序表和链表；用顺序存储结构存储的线性表称为顺序表；顺序表将线性表中的数据元素依次存放在某个存储区域中。一维数组就是用顺序方式存储的线性表。用链式存储结构存储的线性表称为链表。
栈(Stack)也是一种特殊的线性表，是一种后进先出 (LIFO)的结构。栈是限定仅在表尾进行插入和删除运算的线性表，表尾称为栈顶(top)，表头称为栈底(bottom)。栈的物理存储可以用顺序存储结构，也可以用链式存储结构。
队列(Queue)是限定所有的插入只能在表的一端进行 ，而所有的删除都在表的另一端进行的线性表。表中允许插入的一端称为队尾(Rear)，允许删除的一端称为队头(Front)。队列的操作是按先进先出(FIFO)的原则进行的。队列的物理存储可以用顺序存储结构，也可以用链式存储结构。
散列表又称为哈希表。散列表算法的基本思想是：以结点的关键字为自变量，通过一定的函数关系（散列函数）计算出对应的函数值，以这个值作为该结点存储在散列表中的地址。当散列表中的元素存放太满，就必须进行再散列，将产生一个新的散列表，所有元素存放到新的散列表中，原先的散列表将被删除。在Java语言中，通过负载因子(load factor)来决定何时对散列表进行再散列。负载因子越高 (越接近1.0)，内存的使用效率越高，元素的寻找时间越长。负载因子越低 (越接近0.0)，元素的寻找时间越短，内存浪费越多。HashSet类的缺省负载因子是0.75。
JAVA的集合框架实现对各种数据结构的封装，以降低对数据管理与处理的难度。所谓框架就是一个类库的集合，框架中包含很多超类，编程者创建这些超类的子类可较方便的设计设计程序所需的类。
集合框架：JAVA集合类库的统一架构。
集合类的作用：Java的集合类提供了一些基本数据结构的支持。
集合类的使用： Java的集合类包含在java.util包中。
集合类的特点一：只容纳对象。注意：数组可以容纳基本数据类型数据和对象。如果集合类中想使用基本数据类型，又想利用集合类的灵活性，可以把基本数据类型数据封装成该数据类型的包装器对象，然后放入集合中处理。
特点二：集合类容纳的对象都是Object类的实例，一旦把一个对象置入集合类中，它的类信息将丢失，这样设计的目的是为了集合类的通用性。因为Object类是所有类的祖先，所以可以在这些集合中存放任何类的对象而不受限制，但在使用集合成员之前必须对它重新造型。
Vector类类似长度可变的数组。Vector中只能存放对象。Vector的元素通过下标进行访问。 Vector类关键属性：capacity表示集合最多能容纳的元素个数。capacityIncrement表示每次增加多少容量。size表示集合当前元素个数。
Stack类是Vector的子类。Stack类描述堆栈数据结构，即LIFO。
Hashtable通过键来查找元素。Hashtable用散列码（hashcode）来确定键。所有对象都有一个散列码，可以通过Object类的hashCode()方法获得。
集合框架中的基本接口：Collection：集合层次中的根接口，JDK未提供这个接口的直接实现类。
Set：不能包含重复的元素。对象可能不是按存放的次序存放，也就是说不能像数组一样按索引的方式进行访问，SortedSet是一个按照升序排列元素的Set。
List：是一个有序的集合，可以包含重复的元素。提供了按索引访问的方式。
Map：包含了key-value对。Map不能包含重复的key。
SortedMap是一个按照升序排列key的Map。
Collection接口：构造类集框架的基础。
List的明显特征是它的元素都有一个确定的顺序。实现它的类有ArrayList和LinkedList。ArrayList中的元素在内存中是顺序存储的。LinkedList中的元素在内存中是以链表方式存储的。
ArrayList：可以将其看作是能够自动增长容量的数组。利用ArrayList的toArray()返回一个数组。Arrays.asList()返回一个列表。LinkedList是采用双向循环链表实现的。利用LinkedList实现栈(stack)、队列(queue)、双向队列 (double-ended queue )。ArrayList底层采用数组完成，而LinkedList则是以一般的双向链表(double-linked list)完成，其内每个对象除了数据本身外，还有两个引用，分别指向前一个元素和后一个元素。如果经常在 List 中进行插入和删除操作，应该使用LinkedList，否则，使用ArrayList将更加快速。
Set中的元素必须唯一。添加到Set中的对象元素必须定义equals方法，以提供算法来判断欲添加进来的对象是否与已经存在的某对象相等，从而建立对象的唯一性。实现Set接口的类有HashSet，TreeSet。
TreeSet是一个有序集合，TreeSet中元素将按照升序排列，缺省是按照自然顺序进行排列，意味着TreeSet中元素要实现Comparable接口。可以在构造TreeSet对象时，传递实现了 Comparator接口的比较器对象。HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常都优于TreeSet。通常使用HashSet，需要排序的功能时，使用TreeSet。
Map接口用来维持很多“键－值”对，以便通过键来查找相应的值。HashMap基于散列表实现（替代Hashtable）。TreeMap在一个二叉树的基础上实现。
映射（map）是一个存储关键字和值的关联或关键字/值对的对象。给定一个关键字，可以得到它的值。关键字和值都是对象。关键字必须是唯一的。但值是可以被复制的。
Map接口映射唯一关键字到值。关键字（key）是以后用于检索值的对象。给定一个关键字和一个值，可以存储这个值到一个Map对象中。当这个值被存储以后，就可以使用它的关键字来检索它
Map循环使用两个基本操作：get( )和put( )。使用 put( )方法可以将一个指定了关键字和值的值加入映射。为了得到值，可以通过将关键字作为参数来调用 get( )方法。调用返回该值。
Map接口的实现类主要有HashMap，TreeMap，Hashtable，Properties。HashMap对key进行散列。TreeMap按照key进行排序。和Set类似，HashMap的速度通常都比TreeMap快，只有在需要排序的功能的时候，才使用TreeMap。
二、实验部分
1、实验目的与要求
(1) 掌握Vetor、Stack、Hashtable三个类的用途及常用API；
(2) 了解java集合框架体系组成；
(3) 掌握ArrayList、LinkList两个类的用途及常用API。
(4) 了解HashSet类、TreeSet类的用途及常用API。
(5)了解HashMap、TreeMap两个类的用途及常用API；
(6) 结对编程（Pair programming）练习，体验程序开发中的两人合作。
1、实验目的与要求
(1) 掌握Vetor、Stack、Hashtable三个类的用途及常用API；
(2) 了解java集合框架体系组成；
(3) 掌握ArrayList、LinkList两个类的用途及常用API。
(4) 了解HashSet类、TreeSet类的用途及常用API。
(5)了解HashMap、TreeMap两个类的用途及常用API；
(6) 结对编程（Pair programming）练习，体验程序开发中的两人合作。
2、实验内容和步骤
实验1： 导入第9章示例程序，测试程序并进行代码注释。
测试程序1：
l 使用JDK命令运行编辑、运行以下三个示例程序，结合运行结果理解程序；
l 掌握Vetor、Stack、Hashtable三个类的用途及常用API。
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//示例程序1 import java.util.Vector;
class Cat { private int catNumber;
Cat(int i) { catNumber = i; }
void print() { System.out.println("Cat #" + catNumber); } }
class Dog { private int dogNumber;
Dog(int i) { dogNumber = i; }
void print() { System.out.println("Dog #" + dogNumber); } }
public class CatsAndDogs { public static void main(String[] args) { Vector cats = new Vector(); for (int i = 0; i < 7; i++) cats.addElement(new Cat(i)); cats.addElement(new Dog(7)); for (int i = 0; i < cats.size(); i++) ((Cat) cats.elementAt(i)).print(); } } |
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//示例程序2 import java.util.*;
public class Stacks { static String[] months = { "1", "2", "3", "4" };
public static void main(String[] args) { Stack stk = new Stack(); for (int i = 0; i < months.length; i++) stk.push(months[i]); System.out.println(stk); System.out.println("element 2=" + stk.elementAt(2)); while (!stk.empty()) System.out.println(stk.pop()); } } |
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//示例程序3 import java.util.*;
class Counter { int i = 1;
public String toString() { return Integer.toString(i); } }
public class Statistics { public static void main(String[] args) { Hashtable ht = new Hashtable(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { Integer r = new Integer((int) (Math.random() * 20)); if (ht.containsKey(r)) ((Counter) ht.get(r)).i++; else ht.put(r, new Counter()); } System.out.println(ht); } } |
示例程序一：
修改程序错误后如下图
package shiyan; //示例程序1 import java.util.Vector; class Cat { private int catNumber; Cat(int i) { catNumber = i; } void print() { System.out.println("Cat #" + catNumber); } } class Dog { private int dogNumber; Dog(int i) { dogNumber = i; } void print() { System.out.println("Dog #" + dogNumber); } } public class CatsAndDogs { public static void main(String[] args) { Vector cats = new Vector();//生产cats类集合 for (int i = 0; i < 7; i++) cats.addElement(new Cat(i)); cats.addElement(new Dog(7)); for (int i = 0; i < cats.size(); i++) //判断是否为cats类型的数据，如果是按Cat输出 if(cats.elementAt(i) instanceof Cat) ((Cat) cats.elementAt(i)).print(); //若不是cats类型的数据，按Dog输出 else ((Dog) cats.elementAt(i)).print(); } }