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在Java中如何高效的判断数组中是否包含某个元素

如何检查一个数组(无序)是否包含一个特定的值?这是一个在Java中经常用到的并且非常有用的操作。同时,这个问题在Stack Overflow中也是一个非常热门的问题。在投票比较高的几个答案中给出了几种不同的方法,但是他们的时间复杂度也是各不相同的。本文将分析几种常见用法及其时间成本。

检查数组是否包含某个值的方法

使用List

public static boolean useList(String[] arr, String targetValue) {
    return Arrays.asList(arr).contains(targetValue);
}

使用Set

public static boolean useSet(String[] arr, String targetValue) {
    Set<String> set = new HashSet<String>(Arrays.asList(arr));
    return set.contains(targetValue);
}

使用循环判断

public static boolean useLoop(String[] arr, String targetValue) {
    for(String s: arr){
        if(s.equals(targetValue))
            return true;
    }
    return false;
}

使用Arrays.binarySearch()

Arrays.binarySearch()方法只能用于有序数组!!!如果数组无序的话得到的结果就会很奇怪。

查找有序数组中是否包含某个值的用法如下:

public static boolean useArraysBinarySearch(String[] arr, String targetValue) { 
    int a =  Arrays.binarySearch(arr, targetValue);
    if(a > 0)
        return true;
    else
        return false;
}

时间复杂度

下面的代码可以大概的得出各种方法的时间成本。基本思想就是从数组中查找某个值,数组的大小分别是5、1k、10k。这种方法得到的结果可能并不精确,但是是最简单清晰的方式。

public static void main(String[] args) {
    String[] arr = new String[] {  "CD",  "BC", "EF", "DE", "AB"};

    //use list
    long startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useList(arr, "A");
    }
    long endTime = System.nanoTime();
    long duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useList:  " + duration / 1000000);

    //use set
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useSet(arr, "A");
    }
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useSet:  " + duration / 1000000);

    //use loop
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useLoop(arr, "A");
    }
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useLoop:  " + duration / 1000000);

    //use Arrays.binarySearch()
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        useArraysBinarySearch(arr, "A");
    }
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("useArrayBinary:  " + duration / 1000000);
}

运行结果:

useList:  13
useSet:  72
useLoop:  5
useArraysBinarySearch:  9

使用一个长度为1k的数组

String[] arr = new String[1000];

Random s = new Random();
for(int i=0; i< 1000; i++){
    arr[i] = String.valueOf(s.nextInt());
}

结果:

useList:  112
useSet:  2055
useLoop:  99
useArrayBinary:  12

使用一个长度为10k的数组

String[] arr = new String[10000];

Random s = new Random();
for(int i=0; i< 10000; i++){
    arr[i] = String.valueOf(s.nextInt());
}

结果:

useList:  1590
useSet:  23819
useLoop:  1526
useArrayBinary:  12

总结

显然,使用一个简单的循环方法比使用任何集合都更加高效。许多开发人员为了方便,都使用第一种方法,但是他的效率也相对较低。因为将数组压入Collection类型中,首先要将数组元素遍历一遍,然后再使用集合类做其他操作。

如果使用Arrays.binarySearch()方法,数组必须是已排序的。由于上面的数组并没有进行排序,所以该方法不可使用。

实际上,如果你需要借助数组或者集合类高效地检查数组中是否包含特定值,一个已排序的列表或树可以做到时间复杂度为O(log(n)),hashset可以达到O(1)。

(英文原文结束,以下是译者注)


使用ArrayUtils

除了以上几种以外,Apache Commons类库中还提供了一个ArrayUtils类,可以使用其contains方法判断数组和值的关系。

import org.apache.commons.lang3.ArrayUtils;
public static boolean useArrayUtils(String[] arr, String targetValue) {
    return ArrayUtils.contains(arr,targetValue);
}

同样使用以上几种长度的数组进行测试,得出的结果是该方法的效率介于使用集合和使用循环判断之间(有的时候结果甚至比使用循环要理想)。

useList:  323
useSet:  3028
useLoop:  141
useArrayBinary:  12
useArrayUtils:  181
-------
useList:  3703
useSet:  35183
useLoop:  3218
useArrayBinary:  14
useArrayUtils:  3125

其实,如果查看ArrayUtils.contains的源码可以发现,他判断一个元素是否包含在数组中其实也是使用循环判断的方式。

部分代码如下:

    if(array == null) {
        return -1;
    } else {
        if(startIndex < 0) {
            startIndex = 0;
        }

        int i;
        if(objectToFind == null) {
            for(i = startIndex; i < array.length; ++i) {
                if(array[i] == null) {
                    return i;
                }
            }
        } else if(array.getClass().getComponentType().isInstance(objectToFind)) {
            for(i = startIndex; i < array.length; ++i) {
                if(objectToFind.equals(array[i])) {
                    return i;
                }
            }
        }

        return -1;
    }

所以,相比较之下,我更倾向于使用ArrayUtils工具类来进行一些合数祖相关的操作。毕竟他可以让我少写很多代码(因为自己写代码难免有Bug,毕竟apache提供的开源工具类库都是经过无数开发者考验过的),而且,效率上也并不低太多。

(全文完)
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