Java泛型

泛型定义

泛型是Java SE 1.5的新特性,泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中,分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。 Java语言引入泛型的好处是安全简单。

用来实现参数的“任意化”,“任意化”带来的缺点是要做显式的强制类型转换,而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况,编译器可能不提示错误,在运行的时候才出现异常,这是一个安全隐患。

泛型的好处是在编译的时候检查类型安全,并且所有的强制转换都是自动和隐式的,以提高代码的重用率。

泛型规则限制

1、泛型的类型参数只能是类类型(包括自定义类),不能是简单类型; 
2、同一种泛型可以对应多个版本(因为参数类型是不确定的),不同版本的泛型类实例是不兼容的; 
3、泛型的类型参数可以有多个; 
4、泛型的参数类型可以使用extends、super语句,例如。习惯上称为“有界类型“; 
5、泛型的参数类型还可以是通配符类型。例如Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String");

示例对比

有这样一个需求:定义矩形对象,使矩形对象的宽度、高度既可以支持整形又可以支持字符串类型(例子可能不太恰当~~)。在不使用泛型的情况下,我们可能会定义两个类,一个类支持整形参数,另一个类支持字符串类型参数,如下:

类一:

package com.ips.volatiles.demo1;

public class RectangleInteger {
    private Integer width;
    private Integer height;

    public RectangleInteger(Integer width, Integer height){
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public Integer getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(Integer width) {
        this.width = width;
    }

    public Integer getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(Integer height) {
        this.height = height;
    }

    public void showDetails(){
        System.out.println("the rectangle, width is " + this.width + " height is " + this.height);
    }

    public static void main(String [] args){
        Integer width = 10;
        Integer height = 5;
        RectangleInteger rect = new RectangleInteger(width, height);
        width = rect.getWidth();
        height = rect.getHeight();
        rect.showDetails();
    }
}

类二:

package com.ips.volatiles.demo1;

public class RectangleString {
    private String width;
    private String height;

    public RectangleString(String width, String height){
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public String getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(String width) {
        this.width = width;
    }

    public String getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(String height) {
        this.height = height;
    }

    public void showDetails(){
        System.out.println("the rectangle, width is " + this.width + " height is " + this.height);
    }

    public static void main(String [] args){
        String width = "20";
        String  height = "40";
        RectangleString rect = new RectangleString(width, height);
        width = rect.getWidth();
        height = rect.getHeight();
        rect.showDetails();
    }
}

类三(泛型方式定义):

package com.ips.volatiles.demo1;

public class Rectangle<T> {
    private T width;
    private T height;

    public Rectangle(T width, T height){
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public T getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(T width) {
        this.width = width;
    }

    public T getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(T height) {
        this.height = height;
    }

    public void showDetails(){
        System.out.println("the rectangle, width is " + this.width + " height is " + this.height);
    }

    public static void main(String [] args){
        Integer width = 10;
        Integer height = 5;
        Rectangle<Integer> rect = new Rectangle<Integer>(width, height);
        width = rect.getWidth();
        height = rect.getHeight();
        rect.showDetails();

        String widthStr = "20";
        String  heightStr = "40";
        Rectangle<String> rect1 = new Rectangle<String>(widthStr, heightStr);
        widthStr = rect1.getWidth();
        heightStr = rect1.getHeight();
        rect1.showDetails();
    }
}

泛型类

单参数泛型类:

public class Rectangle<T> {
    private T width;
    private T height;

    public Rectangle(T width, T height){
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public T getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(T width) {
        this.width = width;
    }

    public T getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(T height) {
        this.height = height;
    }

    public static void main(String [] args){
        Integer width = 10;
        Integer height = 5;
        Rectangle<Integer> rect = new Rectangle<Integer>(width, height);

        String widthStr = "20";
        String  heightStr = "40";
        Rectangle<String> rect1 = new Rectangle<String>(widthStr, heightStr);
    }
}

通过public class Rectangle<T> {}定义泛型类,在实例化该类时,必须指明泛型T的具体类型,例如:Rectangle<String> rectangle = new Rectangle<String>();,指明泛型T的类型为String。

多参数泛型类:

public class Container<K, V> {
    private K key;
    private V value;

    public Container(K k, V v) {
        key = k;
        value = v;
    }

    public K getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(K key) {
        this.key = key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(V value) {
        this.value = value;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Container<String, String> c1 = new Container<String, String>("name", "Messi");
        Container<String, Integer> c2 = new Container<String, Integer>("age", 30);
        Container<String, Double> c3 = new Container<String, Double>("height", 1.78);
        System.out.println(c1.getKey() + " : " + c1.getValue());
        System.out.println(c2.getKey() + " : " + c2.getValue());
        System.out.println(c3.getKey() + " : " + c3.getValue());
    }
}

通过public class Container<K, V> {}定义泛型类,在实例化该类时,必须指明泛型K、V的具体类型,例如:Container<String, String> c1 = new Container<String, String>("name", "Messi");,指明泛型K的类型为String,泛型V的类型为String。

泛型接口

public interface Calculator<T> {
    public T and(T a, T b);
}
public class CalculatorInteger implements Calculator<Integer>{
    public Integer and(Integer a, Integer b){
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CalculatorInteger ci = new CalculatorInteger();
        Integer val = ci.and(10, 20);
        System.out.println(val);
    }
}
public class CalculatorString implements Calculator<String>{
    public String and(String a, String b){
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CalculatorString ci = new CalculatorString();
        String val = ci.and("10", "20");
        System.out.println(val);
    }
}

通过public interface Calculator<T> {}定义泛型接口,在实现该接口时,必须指明泛型T的具体类型,例如:public class CalculatorInteger implements Calculator<Integer>{},指明泛型T的类型为Integer,实例化该类时无需制定泛型类型。

泛型方法

public class Generic {
    public <T> T getObject(Class<T> c){
        T t = null;
        try {
            t = c.newInstance();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return t;
    }

    public static void main(String [] args){
        try {
            Generic generic = new Generic();
            Object obj = generic.getObject(Class.forName("com.ips.volatiles.demo2.Generic"));
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

泛型方法说明: 
这里写图片描述

在调用泛型方法的时候,在不指定泛型的情况下,泛型变量的类型为该方法中的几种类型的同一个父类的最小级,直到Object。在指定泛型的时候,该方法中的几种类型必须是该泛型实例类型或者其子类。

在初始化泛型类的时候,不指定泛型的时候,泛型的类型为Object,就比如ArrayList中,如果不指定泛型,那么这个ArrayList中可以放任意类型的对象。

在java泛型中,? 表示通配符,代表未知类型,< ? extends Object>表示上边界限定通配符,< ? super Object>表示下边界限定通配符。

通配符 与 T 的区别

T:作用于模板上,用于将数据类型进行参数化,不能用于实例化对象。 
?:在实例化对象的时候,不确定泛型参数的具体类型时,可以使用通配符进行对象定义。

< T > 等同于 < T extends Object>
< ? > 等同于 < ? extends Object>

例一:定义泛型类,将key,value的数据类型进行< K, V >参数化,而不可以使用通配符。

public class Container<K, V> {
    private K key;
    private V value;

    public Container(K k, V v) {
        key = k;
        value = v;
    }
}

例二:实例化泛型对象,我们不能够确定eList存储的数据类型是Integer还是Long,因此我们使用List<? extends Number>定义变量的类型。

List<? extends Number> eList = null;
eList = new ArrayList<Integer>();
eList = new ArrayList<Long>();

上界类型通配符(? extends)

List<? extends Number> eList = null;
eList = new ArrayList<Integer>();
Number numObject = eList.get(0);  //语句1,正确

//Type mismatch: cannot convert from capture#3-of ? extends Number to Integer
Integer intObject = eList.get(0);  //语句2,错误

//The method add(capture#3-of ? extends Number) in the type List<capture#3-of ? extends Number> is not applicable for the arguments (Integer)
eList.add(new Integer(1));  //语句3,错误

语句1:List<? extends Number>eList存放Number及其子类的对象,语句1取出Number(或者Number子类)对象直接赋值给Number类型的变量是符合java规范的。 
语句2:List<? extends Number>eList存放Number及其子类的对象,语句2取出Number(或者Number子类)对象直接赋值给Integer类型(Number子类)的变量是不符合java规范的。 
语句3:List<? extends Number>eList不能够确定实例化对象的具体类型,因此无法add具体对象至列表中,可能的实例化对象如下。

eList = new ArrayList<Integer>();
eList = new ArrayList<Long>();
eList = new ArrayList<Float>();

总结:上界类型通配符add方法受限,但可以获取列表中的各种类型的数据,并赋值给父类型(extends Number)的引用。因此如果你想从一个数据类型里获取数据,使用 ? extends 通配符。限定通配符总是包括自己。

下界类型通配符(? super )

List<? super Integer> sList = null;
sList = new ArrayList<Number>();

//Type mismatch: cannot convert from capture#5-of ? super Integer to Number
Number numObj = sList.get(0);  //语句1,错误

//Type mismatch: cannot convert from capture#6-of ? super Integer to Integer
Integer intObj = sList.get(0);  //语句2,错误

sList.add(new Integer(1));  //语句3,正确

语句1:List<? super Integer> 无法确定sList中存放的对象的具体类型,因此sList.get获取的值存在不确定性,子类对象的引用无法赋值给兄弟类的引用,父类对象的引用无法赋值给子类的引用,因此语句错误。 
语句2:同语句1。 
语句3:子类对象的引用可以赋值给父类对象的引用,因此语句正确。 
总结:下界类型通配符get方法受限,但可以往列表中添加各种数据类型的对象。因此如果你想把对象写入一个数据结构里,使用 ? super 通配符。限定通配符总是包括自己。

总结

  • 限定通配符总是包括自己
  • 上界类型通配符:add方法受限
  • 下界类型通配符:get方法受限
  • 如果你想从一个数据类型里获取数据,使用 ? extends 通配符
  • 如果你想把对象写入一个数据结构里,使用 ? super 通配符
  • 如果你既想存,又想取,那就别用通配符
  • 不能同时声明泛型通配符上界和下界

内容概要:本文档详细介绍了一个基于MATLAB实现的跨尺度注意力机制(CSA)结合Transformer编码器的多变量时间序列预测项目。项目旨在精准捕捉多尺度时间序列特征,提升多变量时间序列的预测性能,降低模计算复杂度与训练时间,增强模的解释性和可视化能力。通过跨尺度注意力机制,模可以同时捕获局部细节和全局趋势,显著提升预测精度和化能力。文档还探讨了项目面临的挑战,如多尺度特征融合、多变量复杂依赖关系、计算资源瓶颈等问题,并提出了相应的解决方案。此外,项目模架构包括跨尺度注意力机制模块、Transformer编码器层和输出预测层,文档最后提供了部分MATLAB代码示例。 适合人群:具备一定编程基础,尤其是熟悉MATLAB和深度学习的科研人员、工程师和研究生。 使用场景及目标:①需要处理多变量、多尺度时间序列数据的研究和应用场景,如金融市场分析、气象预测、工业设备监控、交通流量预测等;②希望深入了解跨尺度注意力机制和Transformer编码器在时间序列预测中的应用;③希望通过MATLAB实现高效的多变量时间序列预测模,提升预测精度和模解释性。 其他说明:此项目不仅提供了一种新的技术路径来处理复杂的时间序列数据,还推动了多领域多变量时间序列应用的创新。文档中的代码示例和详细的模描述有助于读者快速理解和复现该项目,促进学术和技术交流。建议读者在实践中结合自己的数据集进行调试和优化,以达到最佳的预测效果。
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