基于链表或二分搜索树实现Set集合(JAVA语言版)

Set集合一个重要的性质,不含有重复元素,在这里用自己写的二分搜索树实现,这个二分搜索树不存重复元素,符合Set集合的性质

/**
 * @author BestQiang
 */
public class BST<E extends Comparable<E>> {
    // 构建树的节点类
    private class Node {
        public E e;
        public Node left, right;

        public Node(E e) {
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    // 声明树的根节点
    private Node root;
    // 声明树的大小
    private int size;

    // 二分搜索树的构造方法
    public BST() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    // 获取二分搜索树的大小
    public int size() {
        return size;
    }

    // 判断二分搜索树是否为空树
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    //  此二分搜索树不包括重复元素的情况加进行添加
    public void add(E e) {
        //下面的方法要进行非空节点判断,不够优雅
      /*  if (root == null) {
            root = new Node(e);
        } else {
            add(root, e);
        }*/
        root = add(root, e);
    }

    // 以node为根的二分搜索树中插入元素E,递归算法
    private Node add(Node node, E e) {
        // 存在重复代码段,代码看起来显得冗余
       /* if (e.equals(node.e)) {
            return;
        } else if (e.compareTo(node.e) < 0 && node.left == null) {
            node.left = new Node(e);
            size++;
            return;
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0 && node.right == null) {
            node.right = new Node(e);
            size++;
            return;
        }*/
       // 添加节点时巧妙使用递归,代码优雅
        if (node == null) {
            size++;
            return new Node(e);
        }
        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
           node.left = add(node.left, e);
        } else {
           node.right = add(node.right, e);
        }
        return node;
    }

    // 看二分搜索树中是否包含元素e
    public boolean contains(E e) {
        return contains(root, e);
    }

    // 看以node为根的二分搜索树中是否包含元素e, 递归算法
    private boolean contains(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            return false;
        }
        if (e.equals(node.e)) {
            return true;
        } else {
            if (e.compareTo(node.e) < 0) {
                return contains(node.left, e);
            } else {
                return contains(node.right, e);
            }
        }
    }

    // 二分搜索树的前序遍历
    public void preOrder() {
        preOrder(root);
    }

    // 前序遍历以node为根的二分搜索树,递归算法
    private void preOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        System.out.println(node.e);
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }
    
    // 中序遍历和后序遍历同前序遍历,改变输出语句位置即可
    // 获取二分搜索树的最小值和最大值
    public E getMin() {
        if (size == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        }
        return getMin(root);
    }

    private E getMin(Node node) {
        if (node.left != null) {
            return getMin(node.left);
        } else {
            return node.e;
        }
    }

    // 删除二分搜索树的最小值
    public E removeMin() {
        E res = getMin();
        root = removeMin(root);
        return res;
    }

    // 删除以node为根的二分搜索树的最小节点
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node removeMin(Node node) {
        if (node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size--;
            // 找到这个节点,就返回rightNode
            return rightNode;
        }

        // 从宏观看,其实就是把删除那个节点的right赋值给根节点的left,找不到就一直递归着找
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    // 从二分搜索树中删除元素为e的节点
    public void remove(E e) {
        root = remove(root, e);
    }

    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node remove(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            return null;
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = remove(node.right, e);
            return node;
        } else {
            // 待删除节点左子树为null的情况
            if(node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size --;
                return rightNode;
            }
            // 待删除节点右子树为null的情况
            if(node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
            }

            // 待删除节点左右子树均不为空的情况
            // 找到比待删除节点大的最小节点,即待删除节点右子树的最小节点
            // 用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = new Node(getMin(node.right));

            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;

        }
}

/**
 * @author BestQiang
 */
public interface Set<E> {
    void add(E e);
    void remove(E e);
    boolean contains(E e);
    int getSize();
    boolean isEmpty();
}

直接调用二分搜索树的方法即可实现Set

/**
 * @author BestQiang
 */
public class BSTSet<E extends Comparable<E>> implements Set<E> {

    private BST<E> bst;

    public BSTSet() {
        bst = new BST<>();
    }

    @Override
    public void add(E e) {
        bst.add(e);
    }

    @Override
    public void remove(E e) {
        bst.remove(e);
    }

    @Override
    public boolean contains(E e) {
        return bst.contains(e);
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return bst.size();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return bst.isEmpty();
    }
}

基于链表实现二分搜索树此时要特别注意,链表可以添加重复元素,所以Set集合中添加元素时要先判断链表中是否存在

/**
 * @author BestQiang
 */
public class LinkedList<E> {
    private class Node {
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    private Node dummyHead;
    private int size;

    public LinkedList() {
        dummyHead = new Node(null, null);
        size = 0;
    }

    // 获取链表中的元素个数
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 判断链表是否为null
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    // 在链表的index(0-based)位置添加新的元素e
    // 在链表中不是一个常用的操作, 练习用

    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add faild. Illegal index.");
        }
        Node prev = dummyHead;
        // for循环,找到插入节点的前一个节点
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        prev.next = new Node(e, prev.next);
        size++;
    }
    // 在链表末尾添加新的元素e

    // 在链表头添加新的元素e
    public void addFirst(E e) {
//        Node node = new Node(e);
//        node.next = head;
//        head = node;

        /*head = new Node(e, head);
        size++;*/
        add(0, e);
    }

    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    // 获得链表的第index(0-based)个位置的元素
    // 在链表中不是一个常用的操作,练习用:
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index.");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }

    // 获得链表的第一个元素
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    // 获得链表的最后一个元素
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    // 修改链表的第index(0-based)个位置的元素为e
    // 在链表中不是一个常用的操作,练习用
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Illegal index.");
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }

    // 查找链表中是否有元素e
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;
        /*while (!cur.e.equals(e)&& cur.next != null ) {
            cur = cur.next;
        }
        if(cur.e.equals(e)) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }*/
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e))
                return true;
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    // 从链表中删除index(0-based)位置的元素,返回删除的元素
    // 在链表中不是一个常用的操作,练习用
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        // 注意此时和修改链表的第index元素不同,此时需要对删除的元素的上个节点进行操作,所以需要获取上一个节点
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        // 获取要删除的值
        Node retNode = prev.next;
        // 1.把上一个节点的next=要删除节点的next
        prev.next = retNode.next;
        // 2.把要删除的next置为空,此时该next会被jvm自动进行垃圾回收
        retNode.next = null;

        size --;
        return retNode.e;
    }

    // 从链表中删除第一个元素, 返回删除的元素
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    // 从链表中删除最后一个元素, 返回删除的元素
    public E removeLast() {
        return  remove(size - 1);
    }

    //  从链表中删除元素e
    public void removeElement(E e) {
        Node pre = dummyHead;
        while(pre.next != null ) {
            if(pre.next.e.equals(e)) {
                break;
            }
            pre = pre.next;
        }

        if(pre.next != null) {
            pre.next = pre.next.next;
            pre.next.next = null;
            size --;
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();

        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            res.append(cur + "->");
            cur = cur.next;
        }
        /*for (cur = dummyHead.next; cur != null; cur = cur.next) {
            res.append(cur + "->");
        }*/
        res.append("NULL");
        return res.toString();
    }
}

/**
 * @author BestQiang
 */
public class LinkedListSet<E> implements Set<E> {

    private LinkedList<E> list;

    public LinkedListSet() {
        list  = new LinkedList<>();
    }
    @Override
    public void add(E e) {
        if(!list.contains(e)) {
            list.addFirst(e);
        }
    }

    @Override
    public void remove(E e) {
        list.removeElement(e);
    }

    @Override
    public boolean contains(E e) {
        return list.contains(e);
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return list.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return list.isEmpty();
    }
}