如何利用Java实现高效的符号表算法？

符号表算法 Java

符号表是一种数据结构，它主要用于存储键值对（key-value pair），其中每个键都是唯一的，在 Java 中，符号表可以通过多种方式实现，包括链表、数组等，本文将详细介绍符号表的无序和有序实现方法。

1. 无序符号表

无序符号表使用链表来实现，每次插入操作都在链表头部进行，不考虑键的顺序。

代码示例：

public class SymbolTable<Key, Value> {
    private Node head;
    private int N;
    private class Node {
        Key key;
        Value value;
        Node next;
        Node(Key key, Value value, Node next) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }
    public SymbolTable() {
        head = new Node(null, null, null);
        N = 0;
    }
    public int size() {
        return N;
    }
    public void put(Key key, Value value) {
        Node n = head;
        while (n.next != null) {
            n = n.next;
            if (n.key.equals(key)) {
                n.value = value;
                return;
            }
        }
        Node newNode = new Node(key, value, null);
        newNode.next = head.next;
        head.next = newNode;
        N++;
    }
    public void delete(Key key) {
        Node n = head;
        while (n.next != null) {
            if (n.next.key.equals(key)) {
                n.next = n.next.next;
                N--;
                return;
            }
            n = n.next;
        }
    }
    public Value get(Key key) {
        Node n = head;
        while (n.next != null) {
            n = n.next;
            if (n.key.equals(key)) {
                return n.value;
            }
        }
        return null;
    }
}

2. 有序符号表

有序符号表在插入时需要考虑键的顺序，通常使用二分查找来实现高效的插入和查找操作。

代码示例：

import java.util.Arrays;
public class OrderedSymbolTable<Key extends Comparable<Key>, Value> {
    private Key[] keys;
    private Value[] values;
    private int N;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public OrderedSymbolTable(int capacity) {
        keys = (Key[]) new Comparable[capacity];
        values = (Value[]) new Object[capacity];
    }
    public int size() {
        return N;
    }
    public void put(Key key, Value value) {
        if (value == null) {
            delete(key);
            return;
        }
        int i = rank(key);
        if (i < N && keys[i].compareTo(key) == 0) {
            values[i] = value;
            return;
        }
        if (N == keys.length) resize(2 * keys.length);
        for (int j = N; j > i; j--) {
            keys[j] = keys[j 1];
            values[j] = values[j 1];
        }
        keys[i] = key;
        values[i] = value;
        N++;
    }
    public void delete(Key key) {
        int i = rank(key);
        if (i >= N || !keys[i].equals(key)) return;
        for (int j = i + 1; j < N; j++) {
            keys[j 1] = keys[j];
            values[j 1] = values[j];
        }
        keys[N 1] = null;
        values[N 1] = null;
        N--;
        if (N > 0 && N == keys.length / 4) resize(keys.length / 2);
    }
    public Value get(Key key) {
        int i = rank(key);
        if (i < N && keys[i].equals(key)) {
            return values[i];
        }
        return null;
    }
    private int rank(Key key) {
        int lo = 0, hi = N 1;
        while (lo <= hi) {
            int mid = lo + (hi lo) / 2;
            if (key.compareTo(keys[mid]) < 0) {
                hi = mid 1;
            } else if (key.compareTo(keys[mid]) > 0) {
                lo = mid + 1;
            } else {
                return mid;
            }
        }
        return lo;
    }
    private void resize(int capacity) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Key[] tempM = (Key[]) new Comparable[capacity];
        Value[] tempV = (Value[]) new Object[capacity];
        System.arraycopy(keys, 0, tempM, 0, N);
        System.arraycopy(values, 0, tempV, 0, N);
        keys = tempM;
        values = tempV;
    }
}

相关问题与解答

问题 1: 如何在符号表中实现范围查找？

答: 在有序符号表中，可以使用二分查找来实现范围查找，可以分别找到范围内的最小键和最大键，然后遍历这两个索引之间的所有键值对，以下是一个示例方法：

public Iterable<Key> keys(Key lo, Key hi) {
   Queue<Key> queue = new LinkedList<>();
   int loIndex = rank(lo); // 查找下限键的位置
   int hiIndex = rank(hi); // 查找上限键的位置
   if (loIndex > hiIndex) return queue; // 如果下限大于上限，返回空队列
   for (int i = loIndex + 1; i <= hiIndex; i++) { // 遍历并添加范围内的键到队列中
       queue.add(keys[i]);
   }
   return queue;
}

此方法使用了rank函数来找到给定键在有序数组中的位置，并通过遍历这些位置之间的所有键来实现范围查找。

问题 2: 如何提高符号表的性能？

答: 符号表的性能可以通过以下几种方式提高：

1、使用更高效的数据结构：使用红黑树或跳表代替链表或数组，以提高插入、删除和查找操作的效率。

2、优化查找算法：在有序符号表中使用二分查找而不是线性查找。

3、减少扩容次数：在数组实现中，当数组满时，一次性扩大两倍而不是一倍，以减少扩容次数。

以上就是关于“符号表算法 java”的问题，朋友们可以点击主页了解更多内容，希望可以够帮助大家!