掌握Java中集合的交集与并集操作
简介：集合操作是编程中的基础任务，涉及找出多个集合的共有元素（交集）和所有不同元素的总和（并集）。本文介绍如何在Java中利用 HashSet 和 Stream API实现数组的交集和并集操作。首先，合并数组并去除重复元素以获得交集；接着，将所有元素添加到 HashSet 中以获取并集。代码示例涉及 Arrays.asList 方法和 distinct 、 filter 、 collect 等 Stream API操作，最终将结果转回数组。 
1. 实现多个集合的交集，并集
集合的交集和并集是数据处理中常见的操作，它们在业务逻辑中扮演着重要的角色。交集操作涉及找出两个或多个集合中共有的元素，而并集则是将这些集合中的所有元素合并在一起，但不包括重复项。理解并掌握这些基本操作对于编写高效且准确的代码至关重要。
本章将首先介绍集合交集和并集的基本概念，并探讨它们在实际应用中的场景。接着，我们将进入具体的实现环节，使用Java语言来展示如何操作集合以达到预期的效果。通过本章的学习，读者将能够清晰地认识到集合操作在编程实践中的重要性，并能够熟练地应用所学知识解决实际问题。
2. Java集合交集操作实现
2.1 集合交集的概念和应用场景
2.1.1 交集的定义和数学表示
在集合论中，两个集合A和B的交集被定义为包含所有既属于A又属于B的元素的集合。数学表示为 A ∩ B。例如，集合A={1, 2, 3, 4} 和集合B={2, 4, 6, 8} 的交集是 {2, 4}。
2.1.2 交集操作在业务中的应用
在软件开发中，交集操作经常被用到，特别是在数据处理和分析方面。例如，在处理用户订阅时，如果需要找出同时订阅了两项服务的用户，便可以使用交集操作来实现。它也有助于在数据清洗过程中去除重复数据。
2.2 Java集合框架概述
2.2.1 Java集合框架的组成
Java集合框架包括了一组接口和实现这些接口的类，这些接口定义了各种不同类型的集合。比如，Collection接口是所有单列集合的根接口，而Map接口是所有双列集合的根接口。这些接口下有不同的实现类，如ArrayList、LinkedList、HashSet和HashMap等。
2.2.2 集合接口和实现类的关系
集合接口定义了一组规范，用于规定集合应该具备的方法，比如add()、remove()、size()等。实现类则是根据这些接口的具体要求进行实现，提供对应的具体功能。开发者可以根据需要选择合适的接口和实现类来存储和操作数据。
2.3 使用迭代器实现交集操作
2.3.1 迭代器的使用方法
迭代器（Iterator）是Java集合框架的一个重要组成部分，用于遍历集合中的元素。创建迭代器的典型代码如下：
Iterator iterator = collection.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Object element = iterator.next();
// 处理元素逻辑
}
2.3.2 通过迭代器找出两个集合的交集
要找出两个集合的交集，可以使用迭代器遍历一个集合，检查每个元素是否存在于另一个集合中。以下是实现此操作的代码示例：
public static <T> Set<T> intersectionWithIterator(Set<T> setA, Set<T> setB) {
Set<T> intersection = new HashSet<>();
for (T element : setA) {
if (setB.contains(element)) {
intersection.add(element);
}
}
return intersection;
}
2.4 利用循环和条件判断实现交集
2.4.1 循环遍历集合元素
循环是另一种常用的遍历集合的方式，尤其是当你需要对每个元素执行某些操作时。以下是一个使用循环遍历集合的示例：
for (Object element : collection) {
// 执行对element的操作
}
2.4.2 判断并收集交集元素
要使用循环和条件判断来找出两个集合的交集，可以这样做：
Set<T> intersection = new HashSet<>();
for (T element : setA) {
if (setB.contains(element)) {
intersection.add(element);
}
}
return intersection;
这个过程涉及到两个集合的遍历，对每个元素检查是否在另一个集合中出现，如果出现，则将其加入到结果集合中。这种方法简单直观，但效率可能较低，尤其是在处理大型集合时，因为contains()方法需要遍历整个集合来查找元素。
在本章节中，我们讨论了Java中实现集合交集操作的多种方法。从基本概念开始，逐步介绍了Java集合框架的相关知识，然后深入探讨了通过迭代器和循环结合条件判断来实现交集的过程。这些知识点对于深入理解和运用Java集合操作具有极大的帮助。在下一章中，我们将转向集合并集操作的实现，这将为读者提供更完整的集合操作视角。
3. Java集合并集操作实现
3.1 集合并集的概念和应用场景
3.1.1 并集的定义和数学表示
在数学和计算机科学中，集合的并集是将两个或多个集合合并为一个集合，包含所有出现的元素，重复的元素只保留一个。并集用符号 ∪ 表示。例如，若集合 A = {1, 2, 3} 和集合 B = {3, 4, 5}，则它们的并集 A ∪ B = {1, 2, 3, 4, 5}。
3.1.2 并集操作在业务中的应用
在业务开发中，并集操作很常见，例如在用户信息管理系统中，我们需要汇总两个部门的员工列表，或者在数据分析中汇总来自不同数据源的信息。并集操作的实现可以帮助我们处理这些场景，从而提高数据处理的效率和准确性。
3.2 集合并集的基本算法实现
3.2.1 遍历集合添加元素到新集合
在没有现成的方法时，可以通过遍历两个集合，并将它们的元素一个接一个地添加到一个新的集合中来实现并集操作。这种方法虽然简单，但在数据量大时效率不高，因为它涉及多次集合的遍历和元素的添加。
3.2.2 使用集合的 addAll() 方法
在Java中， Set 接口提供了一个非常有用的方法 addAll() ，该方法允许我们将一个集合的所有元素添加到另一个集合中，从而轻松实现并集操作。这种方法不仅代码简洁，而且性能较好，特别是对于 HashSet 这样的集合类。
Set<Integer> set1 = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
Set<Integer> set2 = new HashSet<>(Arrays.asList(3, 4, 5));
Set<Integer> unionSet = new HashSet<>(set1); // 创建一个副本
unionSet.addAll(set2); // 添加set2中的所有元素
3.3 理解并集操作的时间复杂度
3.3.1 时间复杂度的概念
时间复杂度是一个算法执行时间与输入数据量之间的关系，通常表示为最坏情况下的时间复杂度。它帮助我们评估算法性能，从而选择更合适的算法实现。
3.3.2 并集操作的时间复杂度分析
使用 addAll() 方法实现并集操作的时间复杂度为 O(n)，其中 n 是两个集合中元素总和。这是因为 HashSet 的 add() 方法的时间复杂度为 O(1)，因此对每个元素的操作都是常数时间的。相较于遍历每个集合多次而言，这种方法在效率上有了大幅提升。
4. 使用 HashSet 处理数组交集与并集
4.1 HashSet 的特性及使用场景
HashSet 是Java集合框架中非常重要的一个类，它基于 HashMap 来实现。其主要特性在于不保证集合中的元素顺序，并且不允许集合中有重复的元素。 HashSet 提供了一个非常方便的集合操作环境，特别适用于需要快速查找、添加或删除元素的场景。
4.1.1 HashSet 的数据结构特性
HashSet 内部维护了一个 HashMap ，在 HashMap 中，每个元素都以键值对的形式存储。对于 HashSet 而言，元素值作为键，而一个固定的虚拟值 PRESENT 作为值。 HashSet 不存储重复元素的关键在于其利用了 HashMap 键的唯一性。这使得 HashSet 在执行添加、删除和查找操作时能够达到很高的效率，这些操作的时间复杂度均为O(1)。
4.1.2 HashSet 在集合操作中的优势
HashSet 在处理集合操作时，如交集、并集、差集等，相比于其他集合类型（如 TreeSet 或 LinkedHashSet ），拥有更高的性能，特别是在元素数量大和操作频繁的场景中。这是因为 HashSet 内部的 HashMap 可以非常快速地处理冲突和定位元素。
4.2 利用 HashSet 实现数组交集
实现数组交集是 HashSet 经常被应用的一个场景。以下是利用 HashSet 来获取两个数组交集的基本步骤。
4.2.1 HashSet 转换数组
首先，需要将数组转换为 HashSet 。这一步骤是为了利用 HashSet 提供的快速操作特性。
public static <T> HashSet<T> arrayToSet(T[] array) {
return new HashSet<>(Arrays.asList(array));
}
上述代码将数组转换为 List ，然后将 List 传入到 HashSet 构造器中。由于构造器直接利用了 List 的构造方法，因此它内部会调用 HashMap 的构造器，从而快速构建出一个 HashSet 。
4.2.2 利用 retainAll() 方法求交集
retainAll() 方法是 Set 接口中的一个方法，用于保留两个集合的交集。此方法会修改调用它的集合，使其仅包含两个集合的共有元素。
public static <T> Set<T> intersectionOfSets(Set<T> set1, Set<T> set2) {
Set<T> resultSet = new HashSet<>(set1);
resultSet.retainAll(set2);
return resultSet;
}
在此方法中，我们首先将 set1 复制到一个新的 HashSet 实例 resultSet 中，然后调用 retainAll(set2) ，这样 resultSet 中仅保留了与 set2 共有的元素，即交集。
4.3 利用 HashSet 实现数组并集
实现数组并集的步骤与实现交集类似，但使用的方法有所不同。
4.3.1 HashSet 的 addAll() 方法
addAll() 方法用于将指定集合中的所有元素添加到此集合中，如果集合中已有相同元素，则不会添加。
public static <T> Set<T> unionOfSets(Set<T> set1, Set<T> set2) {
Set<T> resultSet = new HashSet<>(set1);
resultSet.addAll(set2);
return resultSet;
}
unionOfSets 方法创建了一个新的 HashSet 实例 resultSet ，其包含了 set1 的所有元素。之后，使用 addAll() 方法将 set2 的所有元素添加到 resultSet 中。由于 HashSet 不允许重复元素， set2 中的非重复元素才会被添加到 resultSet 中，从而实现两个集合的并集。
4.3.2 处理数组元素并集的注意事项
当使用 HashSet 来获取并集时，需要注意 HashSet 仅保留元素的唯一性，但不保持元素的顺序。如果集合中的元素顺序很重要，则需要考虑使用其他集合类型或在操作结束后进行额外的排序步骤。
此外，在处理非常大的集合时，需要考虑内存消耗问题，因为 HashSet 需要额外的内存来存储元素。在特定场景下，可能需要根据实际需求选择最优的数据结构。
以上各章节内容均以Markdown格式准确无误地呈现了 HashSet 在实现数组交集和并集操作中的应用与优势，接下来的章节将继续探讨使用 Stream API以及 distinct 和 filter 方法在集合操作中的应用。
5. 使用 Stream API提高集合操作效率
5.1 Java 8的 Stream API概述
5.1.1 Stream API的引入背景
随着函数式编程的兴起，Java 8 引入了 Stream API 以支持函数式编程范式。 Stream API 的引入主要是为了解决集合操作中的代码冗长问题，使代码更加简洁、可读性更强，同时也提高了操作的性能。 Stream 提供了一系列操作，包括映射、过滤、归约等，这些操作可以链式调用，形成一个流水线处理集合中的数据。
5.1.2 Stream API的基本用法
Stream API 的基本用法包括创建流、中间操作和终止操作三个主要部分。创建流可以通过集合的 .stream() 方法，数组的 Arrays.stream() 方法，以及其它如 Stream.of() 等静态方法。中间操作如 filter() 、 map() 等可以对数据进行加工处理，而终止操作如 forEach() 、 collect() 等则用于触发实际的计算并返回结果。
5.2 使用 Stream API计算集合交集
5.2.1 创建流和中间操作
计算集合的交集首先需要创建流，然后利用中间操作对流中的元素进行筛选。在 Stream API中， filter() 方法可以用来筛选出满足特定条件的元素。创建流的基本代码如下：
Stream<Integer> stream1 = list1.stream();
Stream<Integer> stream2 = list2.stream();
5.2.2 使用 filter() 方法筛选交集元素
通过 filter() 方法可以筛选出两个集合中都存在的元素，即交集。具体实现如下：
Set<Integer> intersection = stream1
.filter(stream2::contains)
.collect(Collectors.toSet());
在这段代码中， filter(stream2::contains) 部分是筛选操作，它会保留那些在第二个流中也存在的元素。最终，使用 collect(Collectors.toSet()) 将结果收集到一个新的 Set 中，该 Set 即为两个集合的交集。
5.3 使用 Stream API计算集合并集
5.3.1 使用 distinct() 方法去重
计算两个集合的并集时，我们需要合并两个集合中的所有元素并去除重复的元素。 Stream API 提供了 distinct() 方法来去除流中的重复元素。代码示例如下：
List<Integer> list1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<Integer> list2 = Arrays.asList(3, 4, 5);
List<Integer> union = Stream.concat(list1.stream(), list2.stream())
.distinct()
.collect(Collectors.toList());
5.3.2 使用 collect() 方法收集并集结果
最后， collect() 方法用于将流中的元素收集到集合中， Collectors.toList() 是其中的一个收集器，它会将流中的元素收集到一个列表中。在上述示例中， Stream.concat() 方法用于合并两个流，然后 distinct() 去重，最后通过 collect() 方法将结果收集到列表中，从而得到两个集合的并集。
使用 Stream API处理集合操作不仅代码更加简洁，而且由于其内部优化，相比于传统的迭代器方法，通常情况下性能也更优。通过本章节的介绍，我们了解了如何使用 Stream API来高效地计算集合的交集和并集。在下一章节中，我们将探讨 distinct 方法去除重复元素的具体实现及其在集合操作中的应用。
6. distinct 方法去除重复元素
6.1 distinct 方法的原理和使用
6.1.1 distinct 方法的内部工作机制
distinct 方法是Java中用于去除流（Stream）中重复元素的标准方法。其工作原理是通过内部维护的 Set 集合来记录已经出现过的元素，通过检查即将加入流的元素是否存在于该 Set 中，来决定是否允许该元素通过。具体步骤如下：
- 当调用
distinct方法时，它会创建一个LinkedHashSet，因为LinkedHashSet兼具HashSet的快速查找特性和LinkedHashMap的插入顺序特性，使其在去除重复元素的同时，保持元素的插入顺序。 - 遍历流中的每个元素，对于每个元素，
distinct方法会检查该元素是否已经存在于LinkedHashSet中。 - 如果不存在，就将元素加入到
LinkedHashSet中，并允许该元素继续流入下一级操作。 - 如果已存在，则丢弃该元素，不再向下游传递。
- 这个过程持续进行，直到流中所有元素都被处理完毕。
6.1.2 distinct 在集合操作中的应用
在Java中处理集合时，经常需要去除重复的元素以达到去重的目的。例如，在数据处理、报表生成等场景中，我们通常需要从集合中移除重复的数据行。 distinct 方法正是解决此类问题的便捷工具。
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "Bob");
List<String> distinctNames = names.stream()
.distinct()
.collect(Collectors.toList());
在这个例子中，字符串列表 names 中包含了重复的元素 "Bob" 。使用 distinct 方法后，所有的重复元素被去除，最终得到的结果 distinctNames 中只包含唯一的元素。
6.2 利用 distinct 和 collect 实现交集
6.2.1 结合 distinct 和 collect 的优势
在实现交集操作时， distinct 方法可以用于去除重复的元素，而 collect 方法则用于将流中的元素收集到一个集合中。这两个方法结合起来，不仅能够去除重复元素，还能有效地收集结果。
为了实现两个集合的交集，我们可以先将一个集合转换成流，然后使用 filter 方法来筛选出在第二个集合中也存在的元素。接下来，利用 distinct 方法去除重复元素，并使用 collect 方法收集结果。
6.2.2 实践案例分析
假设我们有两个列表 list1 和 list2 ，我们希望找到这两个列表的交集。
List<String> list1 = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
List<String> list2 = Arrays.asList("banana", "orange", "pear");
List<String> intersection = list1.stream()
.filter(list2::contains)
.distinct()
.collect(Collectors.toList());
这里我们使用了 filter 方法，传入了 list2::contains ，这是一个方法引用，它相当于 x -> list2.contains(x) 。这意味着只有当 list1 中的元素存在于 list2 中时，该元素才会被保留。之后， distinct 方法确保所有流中的元素都是唯一的，最后 collect 方法将它们收集到一个新的列表中。
6.3 distinct 在复杂数据结构中的应用
6.3.1 对象集合中去除重复元素
当处理对象的集合时，如果对象包含多个字段，那么确定重复性就会变得复杂。Java 8引入了 equals 和 hashCode 方法的默认实现，这允许开发者通过重写这两个方法来定义对象的相等性。
假设我们有一个 Person 类，其中包含 name 和 age 两个字段。如果我们希望基于这两个字段去除重复的人，我们需要重写 equals 和 hashCode 方法。
public class Person {
private String name;
private int age;
// Constructor, getters and setters
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
Person person = (Person) o;
return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}
}
现在我们可以通过 distinct 方法来去除具有相同 name 和 age 的 Person 对象：
List<Person> people = Arrays.asList(
new Person("Alice", 30), new Person("Bob", 25), new Person("Alice", 30)
);
List<Person> distinctPeople = people.stream()
.distinct()
.collect(Collectors.toList());
6.3.2 处理重复元素的特殊情况
有时候，即使两个对象的字段完全相同，它们也可能代表不同的实体，例如具有不同创建时间的对象。在这种情况下，仅仅使用 equals 和 hashCode 方法可能会导致误判。
为了处理这类特殊情况，我们可以使用 Objects.hash 结合额外的字段来计算 hashCode ，并且在 equals 方法中加入更复杂的判断逻辑。如果需要根据对象的逻辑相等性进行去重，而不是基于字段值的比较，我们可能需要自定义 distinct 方法的逻辑，或者使用其他集合类型来辅助处理。
// Example code for custom distinct logic
Set<Person> seen = new HashSet<>();
List<Person> distinctList = people.stream()
.filter(p -> !seen.contains(p) && seen.add(p))
.collect(Collectors.toList());
在这个例子中，我们使用了一个 HashSet 来记录已经见过的 Person 对象。 filter 方法中的表达式确保了即使两个 Person 对象在所有字段上相等，它们也不会被视为重复，只要它们的 hashCode 和 equals 方法正确地反映了逻辑上的相等性。这种方法通常用于处理复杂的业务逻辑，确保去重操作更加准确。
7. filter 方法筛选交集元素和 collect 方法收集结果
在处理集合数据时， filter 方法允许我们根据特定条件筛选出元素，而 collect 方法则能将筛选后的结果收集到新的集合中。这两个方法结合使用，可以实现复杂的集合操作，例如求交集、并集或者更复杂的数据处理。
7.1 理解 filter 方法的用途和原理
filter 方法是Java 8 Stream API中非常重要的一个方法，它接受一个谓词（Predicate）作为参数，通过这个谓词决定哪些元素应该被保留。
7.1.1 filter 方法的定义和作用
当我们需要从一个集合中筛选出满足特定条件的元素时， filter 方法显得非常有用。它返回一个新的 Stream ，其中包含所有满足谓词条件的元素。
例如，如果我们有一个学生类 Student 的集合，并且我们想要筛选出所有成绩大于80分的学生，代码可能如下：
List<Student> students = // 初始化学生列表
List<Student> filtered = students.stream()
.filter(s -> s.getScore() > 80)
.collect(Collectors.toList());
在上面的代码块中， filter(s -> s.getScore() > 80) 部分就是筛选出成绩大于80的学生。
7.1.2 filter 在集合筛选中的应用
filter 方法可以广泛应用于各种场景，比如数据清洗、日志分析、事务处理等。通过自定义谓词，我们可以灵活地筛选出符合特定需求的数据。
7.2 结合 filter 和 collect 实现交集
通过 filter 方法筛选交集元素和使用 collect 方法收集结果，我们可以实现两个集合的交集操作。
7.2.1 filter 方法筛选交集元素
为了找到两个集合的交集，我们可以创建一个 Stream ，然后用 filter 方法筛选出两个集合中共有的元素。这通常通过遍历其中一个集合，并检查每个元素是否也存在于另一个集合中来完成。
假设我们有两个 Student 对象的集合 students1 和 students2 ，我们想找出两者的交集，代码如下：
Set<Student> intersection = students1.stream()
.filter(students2::contains)
.collect(Collectors.toSet());
在上述代码中， students2::contains 提供了一个谓词，用于检查 students1 中的每个元素是否存在于 students2 集合中。
7.2.2 使用 collect 方法收集筛选结果
collect 方法是收集流中的元素到集合中，使用 Collectors.toSet() 表示结果以 Set 的形式返回。
collect 方法通常与 filter 方法配合使用，用以实现对数据的进一步处理和转换。
7.3 实现复杂的集合操作案例
当我们需要合并多个集合并进行复杂的筛选时， filter 和 collect 方法可以配合使用，以实现强大的数据处理能力。
7.3.1 多集合筛选和合并的综合应用
假设我们有三个学生集合 students1 , students2 , 和 students3 ，我们想找出所有成绩大于80分的学生。我们可以使用 filter 方法的组合来实现这一功能：
Stream<Student> allStudents = Stream.concat(
Stream.concat(students1.stream(), students2.stream()),
students3.stream()
);
Set<Student> topStudents = allStudents
.filter(s -> s.getScore() > 80)
.collect(Collectors.toSet());
在这个例子中，我们首先使用 Stream.concat 方法合并了三个学生流。然后，我们使用 filter 方法筛选出所有成绩大于80分的学生，并且使用 collect 方法将结果收集到一个 Set 中。
7.3.2 性能优化策略和最佳实践
在实现复杂集合操作时，应当注意性能和资源使用。例如，当使用 filter 方法时，应当尽量减少不必要的操作，并提前终止流的处理，使用短路操作。
此外，在使用 collect 方法收集结果时，选择合适的 Collector 对性能也有很大影响。例如，使用 Collectors.toSet() 通常比 Collectors.toList() 更高效，因为它能自动去除重复元素。
在处理大数据集时，使用并行流 parallelStream() 也是一种提高性能的方法。但应注意，并行流可能并不总是提供性能上的提升，且可能会导致程序行为变得难以预测。在使用并行流时，应确保流操作是无副作用的，并且数据集足够大到可以抵消线程管理的开销。
Set<Student> topStudents = allStudents.parallel()
.filter(s -> s.getScore() > 80)
.collect(Collectors.toSet());
在上述代码中，我们通过添加 .parallel() 方法调用，使得 allStudents 流处理在多个处理器上并行执行，从而可能提高了性能。
简介：集合操作是编程中的基础任务，涉及找出多个集合的共有元素（交集）和所有不同元素的总和（并集）。本文介绍如何在Java中利用 HashSet 和 Stream API实现数组的交集和并集操作。首先，合并数组并去除重复元素以获得交集；接着，将所有元素添加到 HashSet 中以获取并集。代码示例涉及 Arrays.asList 方法和 distinct 、 filter 、 collect 等 Stream API操作，最终将结果转回数组。
原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_33308579/article/details/142701699
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