具有高效添加，删除和随机的Java数据结构

Question

我需要一个Java数据结构，我可以有效地添加，删除和访问随机对象。

这是行不通的：

ArrayList具有有效的添加（常量时间）和随机访问（只是“获取”随机整数），但删除可能需要线性时间，因为它必须可能搜索整个列表。

TreeSet或HashSet具有高效的添加和删除功能，但我无法弄清楚如何获取随机对象。

有任何想法吗？

从理论上讲，如果我可以使用随机Lefts或Rights自己遍历树，那么B树就可以工作了，但我不认为标准的Java类能给我这种能力。

如果标准Java类中没有任何内容可以使用，我愿意使用第三方库。

我不需要支持重复或空值，也不需要线程安全。

谢谢。

Answer 1

如果将列表删除无序，则可以使用ArrayList / HashMap对（其中地图将存储列表中的对象索引）来获取此对象。 在删除时，您只需移动最后一个元素以填充已删除项目的空间，而不是将列表中的所有后续元素向下移动一个位置。 然后在移除期间最多需要触摸两个不同的元素。 一个简单的例子（我没有测试过，希望我没有笨拙）：

class SpecialSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E> {
    private final List<E> list = new ArrayList<>();
    private final Map<E,Integer> indexMap = new HashMap<>();

    @Override
    public boolean add(E e) {
        if (contains(e)) return false;
        indexMap.put(e, list.size());
        list.add(e);
        return true;
    }

    @Override
    public boolean remove(Object o) {
        Integer indexBoxed = indexMap.remove(o);
        if (indexBoxed == null) return false;
        int index = indexBoxed;
        int last = list.size() - 1;
        E element = list.remove(last);
        if (index != last) {
            indexMap.put(element, index);
            list.set(index, element);
        }
        return true;
    }

    public E removeRandom() {
        E element = list.get((int)(Math.random() * size()));
        remove(element);
        return element;
    }

    @Override
    public boolean contains(Object o) {
        return indexMap.containsKey(o);
    }

    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return list.iterator();
    }

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

根据您想要的对象相等性测试行为，您可以将IdentityHashMap的HashMap替换为更快的速度。

Answer 2

我建议您使用带有整数键的Map。 这样你就可以为删除生成一个随机数。

给读者留下的问题：在随后的移除（或任何操作）上会有间隙。

Answer 3

请注意，如果您预先分配到您需要的最大大小，则可以使用简单的数组。 保持“顶部”索引值并通过递增“top”并存储到该数组元素中进行插入。 删除时，将“top”值向下复制到已删除的元素中并减少“top”。

如果您不知道最大大小，仍然可以分配数组数组并使用相同的基本算法，则只需在访问元素之前首先计算主要和次要数组索引值。