第九章Map接口
在接下来的几个练习中,我介绍了Map接口的几个实现。其中一个基于哈希表,这可以说是所发明的最神奇的量化接口,数据结构。另一个是类似的TreeMap,不是很神奇,但它有附加功能,它可以按顺序迭代元素。
你将有机会实现这些量化接口,数据结构,然后我们将分析其性能。
但是在我们可以解释哈希表之前,我们将从一个Map开始,它使用键值对的List来简单实现。
像往常一样,我提供启动代码,你将填写缺少的方法。这是MyLinearMap类定义的起始:
public class MyLinearMap implements Map {
private List entries = new ArrayList();
该类使用两个类型参数,K是键的类型,V是值的类型。MyLinearMap实现Map,这意味着它必须提供Map接口中的方法。
MyLinearMap对象具有单个实例变量,entries,这是一个Entry的ArrayList对象。每个Entry都包含一个键值对。这里是定义:
public class Entry implements Map.Entry {
private K key;
private V value;
public Entry(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
@Override
public K getKey() {
return key;
}
@Override
public V getValue() {
return value;
}
}
Entry没有什么,只是一个键和一个值的容器。该定义内嵌在MyLinearList中,因此它使用相同类型的参数,K和V。
这就是你做这个练习所需的所有东西,所以让我们开始吧。
练习7
在本书的仓库中,你将找到此练习的源文件:
MyLinearMap.java包含练习的第一部分的起始代码。MyLinearMapTest.java包含MyLinearMap的单元测试。
你还会找到Ant构建文件builxml。
运行antbuild来编译源文件。然后运行antMyLinearMapTest;几个测试应该失败,因为你有一些任务要做。
填写findEntry的主体。这是一个辅助方法,不是Map接口的一部分,但是一旦你让它工作,你可以在几种方法中使用它。给定一个目标键,它应该搜索条目并返回包含目标的条目,或者如果不存在则返回null。请注意,我提供了equals,正确比较两个键并处理null。
你可以再次运行antMyLinearMapTest,但即使你的findEntry是正确的,测试也不会通过,因为put不完整。
填充put。你应该阅读Map.put的文档,http://thinkdast.com/listput,以便你知道应该做什么。你可能希望从一个版本开始,其中put始终添加新条目,并且不会修改现有条目;这样你可以先测试简单的情况。或者如果你更加自信,你可以一次写出整个东西。
一旦你put正常工作,测试containsKey应该通过。
阅读Map.get的文档,http://thinkdast.com/listget,然后填充方法。再次运行测试。
阅读Map.remove的文档,http://thinkdast.com/maprem并填充方法。
到了这里,所有的测试都应该通过。恭喜!
这一节中,我展示了上一个练习的答案,并分析核心方法的性能。这里是findEntry和equals。
private Entry findEntry(Object target) {
for (Entry entry: entries) {
if (equals(target, entry.getKey())) {
return entry;
}
}
return null;
}
private boolean equals(Object target, Object obj) {
if (target == null) {
return obj == null;
}
return target.equals(obj);
}
equals的运行时间可能取决于target键和键的大小,但通常不取决于条目的数量,n。那么equals是常数时间。
在findEntry中,我们可能会很幸运,并在一开始就找到我们要找的键,但是我们不能指望它。一般来说,我们要搜索的条目数量与n成正比,所以findEntry是线性的。
大部分的MyLinearMap核心方法使用findEntry,包括put,get,和remove。这就是他们的样子:
public V put(K key, V value) {
Entry entry = findEntry(key);
if (entry == null) {
entries.add(new Entry(key, value));
return null;
} else {
V oldValue = entry.getValue();
entry.setValue(value);
return oldValue;
}
}
public V get(Object key) {
Entry entry = findEntry(key);
if (entry == null) {
return null;
}
return entry.getValue();
}
public V remove(Object key) {
Entry entry = findEntry(key);
if (entry == null) {
return null;
} else {
V value = entry.getValue();
entries.remove(entry);
return value;
}
}
put调用findEntry之后,其他一切都是常数时间。记住这个entries是一个ArrayList,所以降魔为添加元素平均是常数时间。如果键已经在映射中,我们不需要添加条目,但我们必须调用entry.getValue和entry.setValue,而这些都是常数时间。把它们放在一起,put是线性的。
同样,get也是线性的。
remove稍微复杂一些,因为entries.remove可能需要从一开始或中间删除ArrayList的一个元素,并且需要线性时间。但是没关系:两个线性运算仍然是线性的。
总而言之,核心方法都是线性的,这就是为什么我们将这个实现称为MyLinearMap。
如果我们知道输入的数量很少,这个实现可能会很好,但是我们可以做得更好。实际上,Map所有的核心方法都是常数时间的实现。当你第一次听到这个消息时,可能似乎觉得不可能。实际上我们所说的是,你可以在常数时间内大海捞针,不管海有多大。这是魔法。
我们不是将条目存储在一个大的List中,而是把它们分解成许多短的列表。对于每个键,我们将使用哈希码来确定要使用的列表。使用大量的简短列表比仅仅使用一个更快,但正如我将解释的,它不会改变增长级别;核心功能仍然是线性的。但还有一个技巧:如果我们增加列表的数量来限制每个列表的条目数,就会得到一个恒定时间的映射。你会在下一个练习中看到细节,但是首先要了解哈希!
在下一章中,我将介绍一种解决方案,分析Map核心方法的性能,并引入更有效的实现。
文章为作者独立观点,不代表 股票程序化软件自动交易接口观点