Java中集合的创建及其运用场景

1. List 集合

List 是一个有序集合，允许重复的元素，可以通过索引访问元素。

1.1 ArrayList

• 创建语法

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  List<String> arrayList = new ArrayList<>();

  或者初始化时添加元素：

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  List<String> arrayList = new ArrayList<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));

• 应用场景

  • 频繁的随机访问：ArrayList 基于动态数组实现，随机访问（通过索引访问）非常快，时间复杂度为 O(1)。

  • 元素顺序重要：适用于需要保持元素插入顺序的场景。

  • 较少的插入和删除操作：插入和删除操作可能需要移动大量元素，效率较低。

  示例代码

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  List<String> fruits = new ArrayList<>();
  fruits.add("apple");
  fruits.add("banana");
  fruits.add("cherry");
  
  System.out.println(fruits.get(1)); // 输出：banana
  fruits.set(1, "orange"); // 替换索引为1的元素
  System.out.println(fruits); // 输出：[apple, orange, cherry]

1.2 LinkedList

• 创建语法

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  List<String> linkedList = new LinkedList<>();

  或者初始化时添加元素：

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  List<String> linkedList = new LinkedList<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));

• 应用场景

  • 频繁的插入和删除操作：LinkedList 基于双向链表实现，插入和删除操作非常快，时间复杂度为 O(1)。

  • 实现队列和栈：LinkedList 实现了Deque接口，可以作为双端队列使用，适用于需要频繁从两端添加或删除元素的场景。

  示例代码

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  List<String> fruits = new LinkedList<>();
  fruits.add("apple");
  fruits.add("banana");
  fruits.add("cherry");
  
  fruits.addFirst("pear"); // 在头部添加元素
  fruits.addLast("grape"); // 在尾部添加元素
  System.out.println(fruits); // 输出：[pear, apple, banana, cherry, grape]
  
  String first = fruits.removeFirst(); // 移除并返回第一个元素
  System.out.println(first); // 输出：pear
  System.out.println(fruits); // 输出：[apple, banana, cherry, grape]

1.3 Vector

• 创建语法

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  List<String> vector = new Vector<>();

  或者初始化时添加元素：

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  List<String> vector = new Vector<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));

• 应用场景

  • 线程安全：Vector 是线程安全的，适用于多线程环境，但性能比 ArrayList 低。

  • 较少的并发操作：如果需要线程安全的集合，但并发操作较少，可以使用 Vector。

  示例代码

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  List<String> fruits = new Vector<>();
  fruits.add("apple");
  fruits.add("banana");
  fruits.add("cherry");
  
  System.out.println(fruits.get(1)); // 输出：banana
  fruits.set(1, "orange"); // 替换索引为1的元素
  System.out.println(fruits); // 输出：[apple, orange, cherry]

1.4 Stack

• 创建语法

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  Stack<String> stack = new Stack<>();

• 应用场景

  • 后进先出（LIFO）操作：Stack 是一个后进先出的集合，适用于需要栈操作的场景，如括号匹配、表达式求值等。

  示例代码

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  Stack<String> stack = new Stack<>();
  stack.push("apple");
  stack.push("banana");
  stack.push("cherry");
  
  System.out.println(stack.pop()); // 输出：cherry
  System.out.println(stack.peek()); // 输出：banana
  System.out.println(stack); // 输出：[apple, banana]

2. Set 集合

Set 是一个不允许重复元素的集合，没有索引，元素的顺序不确定（除了 LinkedHashSet）。

2.1 HashSet

• 创建语法

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  Set<String> hashSet = new HashSet<>();

  或者初始化时添加元素：

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  Set<String> hashSet = new HashSet<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));

• 应用场景

  • 快速查找：HashSet 基于哈希表实现，查找、添加和删除操作的时间复杂度为 O(1)。

  • 去重：适用于需要存储唯一元素的场景。

  示例代码

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  Set<String> fruits = new HashSet<>();
  fruits.add("apple");
  fruits.add("banana");
  fruits.add("cherry");
  fruits.add("apple"); // 重复元素不会被添加
  
  System.out.println(fruits); // 输出：[banana, cherry, apple]（顺序不确定）
  System.out.println(fruits.contains("banana")); // 输出：true

2.2 LinkedHashSet

• 创建语法

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  Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();

  或者初始化时添加元素：

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  Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));

• 应用场景

  • 保持插入顺序：LinkedHashSet 保留了元素的插入顺序，适用于需要去重且保持顺序的场景。

  • 快速查找：和 HashSet 一样，查找、添加和删除操作的时间复杂度为 O(1)。

  示例代码

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  Set<String> fruits = new LinkedHashSet<>();
  fruits.add("apple");
  fruits.add("banana");
  fruits.add("cherry");
  fruits.add("apple"); // 重复元素不会被添加
  
  System.out.println(fruits); // 输出：[apple, banana, cherry]（保持插入顺序）
  System.out.println(fruits.contains("banana")); // 输出：true

2.3 TreeSet

• 创建语法

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  Set<String> treeSet = new TreeSet<>();

  或者初始化时添加元素：

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  Set<String> treeSet = new TreeSet<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));

• 应用场景

  • 有序存储：TreeSet 基于红黑树实现，元素会自动按照自然顺序（或自定义比较器）排序。

  • 范围查询：适用于需要有序存储和范围查询的场景。

  示例代码

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  Set<String> fruits = new TreeSet<>();
  fruits.add("apple");
  fruits.add("banana");
  fruits.add("cherry");
  
  System.out.println(fruits); // 输出：[apple, banana, cherry]（按字典序排序）
  System.out.println(fruits.first()); // 输出：apple
  System.out.println(fruits.last()); // 输出：cherry

3. Map 集合

Map 是一个键值对的集合，键是唯一的，但值可以重复。

3.1 HashMap

• 创建语法

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  Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();

  或者初始化时添加键值对：

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  Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
  hashMap.put("apple", 1);
  hashMap.put("banana", 2);
  hashMap.put("cherry", 3);

• 应用场景

  • 快速查找：HashMap 基于哈希表实现，查找、添加和删除操作的时间复杂度为 O(1)。

  • 键值对存储：适用于需要存储键值对的场景。

  示例代码

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  Map<String, Integer> fruits = new HashMap<>();
  fruits.put("apple", 1);
  fruits.put("banana", 2);
  fruits.put("cherry", 3);
  
  System.out.println(fruits.get("banana")); // 输出：2
  fruits.remove("banana"); // 移除键为"banana"的键值对
  System.out.println(fruits); // 输出：{apple=1, cherry=3}

3.2 LinkedHashMap

• 创建语法

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  Map<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();

  或者初始化时添加键值对：

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  Map<String, Integer>