java.util.HashMap 类的 keySet() 方法的时间复杂度是多少？

Question

我正在尝试实现平面扫描算法，为此我需要知道java.util.HashMap 类的 keySet()方法的时间复杂度。 我怀疑它是 O(n log n)。 我对么？

澄清点：我说的是keySet()方法的时间复杂度； 遍历返回的 Set 显然需要 O(n) 时间。

Answer 1

获取密钥集是O(1)并且便宜。 这是因为HashMap.keyset()返回与HashMap关联的实际KeySet对象。

返回的Set不是键的副本，而是实际HashMap状态的包装器。 事实上，如果你更新集合，你实际上可以改变HashMap的状态； 例如，在集合上调用clear()将清除HashMap ！

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...遍历返回的Set显然需要O(n)时间。

实际上，这并不总是正确的：

• HashMap是使用new HashMap<>() 。 最坏的情况是让所有N密钥都位于同一个哈希链中。 但是，如果映射自然增长，散列数组中仍然会有N个条目和O(N)个槽。 因此，迭代条目集将涉及O(N)操作。

• 如果HashMap是使用new HashMap<>(capacity)和非常糟糕（太大）的capacity估计创建的，则为假。 然后将需要O(Cap) + O(N)操作来迭代条目集。 如果我们将Cap视为一个变量，那就是O(max(Cap, N)) ，这可能比O(N)更糟糕。

不过有一个转义条款。 由于capacity在当前HashMap API 中是一个int ，因此Cap是 2 ³¹ 。 所以对于Cap和N非常大的值，复杂度是O(N) 。

另一方面， N受可用内存量的限制，实际上您需要一个数量级为 2 ³⁸字节 (256GBytes) 的堆，以便N超过可能的最大Cap值。 对于这种大小的地图，最好使用针对大型地图进行调整的哈希表实现。 或者不使用过大的容量估计！

Answer 2

肯定是O(1)。 它所做的只是在 HashMap 上返回一个包装对象。

如果您正在谈论遍历键集，那么这是 O(n)，因为每个 next() 调用都是 O(1)，并且这需要执行 n 次。

Answer 3

这应该在 O(n) 时间内是可行的......哈希映射通常被实现为一个大的存储桶数组，存储桶的大小（通常）与哈希映射的大小成正比。 为了检索密钥集，必须迭代存储桶，并且对于每个设置项，必须检索密钥（通过中间集合或直接访问存储桶的迭代器）...

**编辑：正如其他人所指出的，实际的 keyset() 方法将在 O(1) 时间内运行，但是，迭代键集或将其传输到专用集合将是 O(n) 操作。 不太确定您要找哪一个 **

Answer 4

Java 集合有很多空间，因此不会占用太多时间。 我相信这种方法是 O(1)。 收藏品只是坐在那里。

Answer 5

为了解决“遍历返回的 Set 显然需要 O(n) 时间”的注释，根据HashMap的文档注释，这实际上并不正确：

迭代集合视图需要的时间与 HashMap 实例的“容量”（桶的数量）加上它的大小（键值映射的数量）成正比。 因此，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或负载因子太低），这一点非常重要。

所以换句话说，迭代返回的Set将花费O(n + c) ，其中n是地图的大小， c是它的容量，而不是O(n) 。 如果选择了大小不合适的初始容量或负载因子，则c的值可能会在迭代时间方面超过地图的实际大小。

Answer 6

切线答案：

...迭代返回的Set将显然花费O(n)时间。

实际上并非总是如此：

• 使用new HashMap<>()创建HashMap是正确的。 最糟糕的情况是让所有N密钥都落在同一个哈希链中。 但是，如果地图自然增长，则哈希数组中仍将有N个条目和O(N)个插槽。 因此，迭代条目集将涉及O(N)操作。

• 如果使用new HashMap<>(capacity)和非常差（太大）的capacity估计创建HashMap ，则为false。 然后，将采用O(Cap) + O(N)操作来迭代条目集。 如果我们将Cap视为变量，那就是O(max(Cap, N)) ，这可能比O(N)更差。

但是有一个逃避条款。 由于capacity是当前HashMap API中的int ，因此Cap为2 ³¹ 。 因此，对于非常大的Cap和N值，复杂度为O(N) 。

另一方面， N受可用内存量的限制，实际上你需要一个大约2 ³⁸字节（256GBytes）的堆，以便N超过最大可能的Cap值。 对于大小的地图，最好使用针对大型地图调整的哈希表实现。 或者不使用过大的容量估计！