Java中散列集的浅谈

本文深入探讨了Java中HashSet的实现原理及使用方法,包括构造方法、关键API如add、clear等,并通过示例代码展示了如何利用HashSet高效处理字符串集合。

散列表是一种众所周知的数据结构,可以快速地查找所需要的对象,在Java中散列表是通过链表数组实现,而每个列表又被称为桶(bucket)。


在Java SE8中桶满时就会变为平衡二叉树。,如果选择散列函数不当,会产生很多冲突,影响性能。尽管没有确凿证据,普遍认为装填因子(load factor)为0.75最好.Java集合类库提供了一个HashSet类,用于实现散列集。

主要方法如下:

构造方法摘要
HashSet() 
          构造一个新的空 set,其底层 HashMap 实例的默认初始容量是 16,加载因子是 0.75。
HashSet(Collection<? extends E> c) 
          构造一个包含指定 collection 中的元素的新 set。
HashSet(int initialCapacity) 
          构造一个新的空 set,其底层 HashMap 实例具有指定的初始容量和默认的加载因子(0.75)。
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) 
          构造一个新的空 set,其底层 HashMap 实例具有指定的初始容量和指定的加载因子。
 
方法摘要
 booleanadd(E e) 
          如果此 set 中尚未包含指定元素,则添加指定元素。
 voidclear() 
          从此 set 中移除所有元素。
 Objectclone() 
          返回此 HashSet 实例的浅表副本:并没有复制这些元素本身。
 booleancontains(Object o) 
          如果此 set 包含指定元素,则返回 true
 booleanisEmpty() 
          如果此 set 不包含任何元素,则返回 true
 Iterator<E>iterator() 
          返回对此 set 中元素进行迭代的迭代器。
 booleanremove(Object o) 
          如果指定元素存在于此 set 中,则将其移除。
 intsize() 
          返回此 set 中的元素的数量(set 的容量)。

以下是一个简单实现:

import java.util.*

public class SetTest
{
	public static void main(string[] args)
	{
		Set<String> words=new HashSet<>();//HashSet实现Set
		long totalTime=0;
		
		try(Scanner in=new Scanner(System.in))
		{
			while(in.hasNext())
			{
				String word=in.next();
				long callTime=System.currentTimeMillis();
				words.add(word)
				callTime=System.currentTimeMillis()-callTime;
				totalTime+=callTime;
				
			}
		}
		Iterator<String>iter=words.iteratir();
		for(int i=1;i<=20;i++)
			System。out.println(iter.next());
		System.out.println(words.size()+"distinct words."+totalTime+"Millseconds.");
		
	}
	
}


### Java 中散函数实现与应用 #### 创建散函数对象并指定算法 在Java中,`MessageDigest` 类提供了用于创建散值的方法。通过实例化 `MessageDigest` 对象,并传入所需的散算法名称(如SHA-256),可以初始化散函数对象[^1]。 ```java import java.security.MessageDigest; import java.security.NoSuchAlgorithmException; public class HashExample { public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException { MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-256"); } } ``` #### 添加输入数据至散函数 为了向散函数提供待处理的数据,在 `MessageDigest` 实例上调用 `update()` 方法即可完成此操作。该方法接受字节数组作为参数,允许分批次传递大量数据给散函数进行处理。 ```java byte[] inputBytes = "Sample Input Data".getBytes(); md.update(inputBytes); ``` #### 计算最终散值 调用 `digest()` 方法会触发实际的散运算过程,并返回代表消息摘要的结果——即散后的字节序。这一阶段标志着整个散流程结束,得到的是原始数据经过特定算法变换之后产生的固定长度输出。 ```java byte[] hashResult = md.digest(); ``` #### 将散结果转换成十六进制表示形式 由于散结果通常是以二进制格式存储的一串字节,因此将其转化为更易读的形式是有必要的。下面展示了一种简单的方式把上述获得的散数组转为常见的十六进制字符串表示法: ```java StringBuilder hexString = new StringBuilder(); for (byte b : hashResult) { String hex = Integer.toHexString(0xff & b); if(hex.length() == 1) hexString.append('0'); hexString.append(hex); } System.out.println("Hexadecimal representation of the hash value is: " + hexString.toString()); ``` #### 散函数的应用场景及其重要性 除了基本的消息验证外,散函数还在许多领域发挥着重要作用,比如密码学安全、文件校验、数据库索引结构等方面。特别是在构建高效查找机制时,像哈希表这样的数据结构依赖于良好的散函数来最小化冲突概率,从而提高性能表现[^4]。 #### 设计原则及常见问题应对策略 对于散函数而言,设计上需遵循均匀分布的原则以减少发生碰撞的可能性。然而即便如此也无法完全避免冲突情况的发生,这时就需要采用适当的技术手段加以解决,例如链地址法或者开放寻址法等[^5]。
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