TreeSet（单列集合）

TreeSet 是 Java 集合框架中的一种实现了 Set 接口的类，它通过一个红黑树（Red-Black Tree）来存储元素。由于使用了树结构，TreeSet 保证了元素的有序性，并且不允许重复元素。

1. TreeSet 的基本特性 有序性：TreeSet 保证元素的顺序。元素的顺序是根据元素的自然顺序（实现了 Comparable 接口）或者通过构造时提供的Comparator 来确定的。默认情况下，TreeSet 按照元素的自然顺序排列元素。不允许重复元素：TreeSet 不允许存储重复的元素。它会根据元素的比较结果来确定是否添加元素，如果元素已存在，添加操作会失败。性能：TreeSet 通过红黑树来维护元素，红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，提供对元素的排序操作。常见的操作（如插入、删除、查找）在 TreeSet 中的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 是集合的元素数量。 2. TreeSet 的构造方法

TreeSet 提供了多种构造方法，可以根据需要来初始化集合。

2.1 默认构造方法：

创建一个空的 TreeSet，按自然顺序排序元素。

TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>(); 2.2 使用 Comparator 构造：

创建一个空的 TreeSet，根据指定的比较器对元素进行排序。

TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>(Comparator.reverseOrder()); 2.3 从另一个集合构造：

通过指定一个已有的集合来初始化 TreeSet。

TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>(anotherSet); 2.4 指定初始容量和 Comparator：

可以指定初始容量和自定义的 Comparator。

TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>(20, Comparator.naturalOrder()); 3. TreeSet 的常用方法

TreeSet 继承自 AbstractSet，实现了 Set 接口，因此它包含 Set 接口定义的常用方法，同时也支持按顺序操作。

3.1 添加元素

add(E e)：将元素添加到集合中，如果集合中已经存在该元素，操作会返回 false。

TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>(); set.add(10); // 返回 true，10 被添加 set.add(20); // 返回 true，20 被添加 set.add(10); // 返回 false，10 已经存在 3.2 删除元素

**remove(Object o)：**删除指定的元素。如果元素存在，返回 true，否则返回 false。

set.remove(10); // 返回 true，10 被删除 set.remove(30); // 返回 false，30 不存在

**clear()：**删除集合中的所有元素。

set.clear(); // 删除所有元素 3.3 查询元素

contains(Object o)：判断集合中是否包含指定元素。

boolean contains10 = set.contains(10); // 返回 false，10 不在集合中

**isEmpty()：**判断集合是否为空。

boolean isEmpty = set.isEmpty(); // 返回 true，如果集合为空

**size()：**返回集合中元素的数量。

int size = set.size(); // 返回集合的大小 3.4 遍历元素

TreeSet 按照自然顺序或指定的顺序遍历集合中的元素：

使用增强的 for 循环遍历：

for (Integer num : set) { System.out.println(num); // 按顺序打印元素 }

使用 Iterator 遍历：

Iterator<Integer> iterator = set.iterator(); while (iterator.hasNext()) { System.out.println(iterator.next()); } 3.6 其他方法

first()： 返回集合中的第一个元素。

Integer first = set.first(); // 返回最小的元素

**last()：**返回集合中的最后一个元素。

Integer last = set.last(); // 返回最大的元素

**pollFirst()：**移除并返回集合中的第一个元素。

Integer firstRemoved = set.pollFirst(); // 返回并删除最小的元素

**pollLast()：**移除并返回集合中的最后一个元素。

Integer lastRemoved = set.pollLast(); // 返回并删除最大的元素

**subSet(E fromElement, E toElement)：**返回集合中介于两个元素之间的子集，包含 fromElement，但不包含 toElement。

SortedSet<Integer> subset = set.subSet(10, 30); // 返回 10 到 30 之间的元素

headSet(E toElement)： 返回集合中小于 toElement 的元素。

SortedSet<Integer> headSet = set.headSet(30); // 返回小于 30 的元素

tailSet(E fromElement)：返回集合中大于或等于 fromElement 的元素。

SortedSet<Integer> tailSet = set.tailSet(10); // 返回大于或等于 10 的元素 4. TreeSet 的性能特点

TreeSet 使用红黑树来存储元素，红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，保证树的高度是对数级别，从而保证了对元素的插入、删除、查询操作的时间复杂度为 O(log n)。

插入操作的时间复杂度：O(log n)删除操作的时间复杂度：O(log n)查找操作的时间复杂度：O(log n)遍历操作的时间复杂度：O(n)

TreeSet 的性能比 HashSet 稍差，因为 HashSet 的查找、插入和删除操作是常数时间（O(1)），而 TreeSet 的这些操作是 O(log n)。

5. TreeSet 与 HashSet 的区别

顺序性：

HashSet 不保证元素的顺序。TreeSet 保证元素的有序性，按自然顺序或自定义的顺序进行排序。

实现方式：

HashSet 是基于哈希表实现的。TreeSet 是基于红黑树实现的。

性能：

HashSet 的插入、删除和查询操作时间复杂度为 O(1)。TreeSet 的插入、删除和查询操作时间复杂度为 O(log n)。 6. TreeSet 的应用场景

TreeSet 适用于以下场景：

需要排序的集合：当你需要一个集合，其中的元素按照一定顺序排列时（例如，按自然顺序或自定义顺序），TreeSet 是一个理想的选择。不允许重复元素的集合：如果你需要一个集合，不允许重复元素的同时又需要按顺序存储，TreeSet 非常适用。区间查询：TreeSet 提供的 subSet、headSet 和 tailSet方法使得区间查询变得非常方便，可以快速获取指定范围内的元素。 7 自然排序Comparable的使用

案例需求

存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用无参构造方法要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序

实现步骤

使用空参构造创建TreeSet集合 用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序的 自定义的Student类实现Comparable接口 自然排序，就是让元素所属的类实现Comparable接口，重写compareTo(T o)方法 重写接口中的compareTo方法 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

代码实现

public class Student implements Comparable<Student>{ private String name; private int age; public Student() { } public Student(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } @Override public String toString() { return "Student{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } @Override public int compareTo(Student o) { //按照对象的年龄进行排序 //主要判断条件: 按照年龄从小到大排序 int result = this.age - o.age; //次要判断条件: 年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序 result = result == 0 ? this.name pareTo(o.getName()) : result; return result; } } 8 比较器排序Comparator的使用

案例需求

存储老师对象并遍历，创建TreeSet集合使用带参构造方法要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序

实现步骤

用TreeSet集合存储自定义对象，带参构造方法使用的是比较器排序对元素进行排序的比较器排序，就是让集合构造方法接收Comparator的实现类对象，重写compare(T o1,T o2)方法重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

代码实现

public class Teacher { private String name; private int age; public Teacher() { } public Teacher(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } @Override public String toString() { return "Teacher{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } }

测试类

public class MyTreeSet4 { public static void main(String[] args) { //创建集合对象 TreeSet<Teacher> ts = new TreeSet<>(new Comparator<Teacher>() { @Override public int compare(Teacher o1, Teacher o2) { //o1表示现在要存入的那个元素 //o2表示已经存入到集合中的元素 //主要条件 int result = o1.getAge() - o2.getAge(); //次要条件 result = result == 0 ? o1.getName() pareTo(o2.getName()) : result; return result; } }); //创建老师对象 Teacher t1 = new Teacher("zhangsan",23); Teacher t2 = new Teacher("lisi",22); Teacher t3 = new Teacher("wangwu",24); Teacher t4 = new Teacher("zhaoliu",24); //把老师添加到集合 ts.add(t1); ts.add(t2); ts.add(t3); ts.add(t4); //遍历集合 for (Teacher teacher : ts) { System.out.println(teacher); } } } 两种比较方式总结 两种比较方式小结 自然排序: 自定义类实现Comparable接口,重写compareTo方法,根据返回值进行排序比较器排序: 创建TreeSet对象的时候传递Comparator的实现类对象,重写compare方法,根据返回值进行排序在使用的时候,默认使用自然排序,当自然排序不满足现在的需求时,必须使用比较器排序 两种方式中关于返回值的规则 如果返回值为负数，表示当前存入的元素是较小值，存左边如果返回值为0，表示当前存入的元素跟集合中元素重复了，不存如果返回值为正数，表示当前存入的元素是较大值，存右边 9. 总结 TreeSet 是一种基于红黑树实现的有序集合，能够保证元素的排序。它不允许重复元素，插入、删除和查找的时间复杂度为 O(log n)。TreeSet 提供了多种用于获取子集、头部集合和尾部集合的方法，适合处理有序的集合数据。如果需要元素按特定顺序排列并且不允许重复，TreeSet 是非常合适的选择。