Java HashSet 最坏情况查找时间复杂度答案

【问题标题】：Java HashSet worst case lookup time complexityJava HashSet 最坏情况查找时间复杂度
【发布时间】：2021-03-17 12:54:36
【问题描述】：

如果具有封闭哈希的哈希表/映射是最坏情况O(n)，HashSet 是否也需要O(n) 时间进行查找，还是恒定时间？

【问题讨论】：

在最坏的情况下，是的，O(n)。

标签： java performance hashmap big-o hashset

【解决方案1】：

我看到很多人说最坏的情况是 O(n)。这是因为旧的 HashSet 实现曾经使用 LinkedList 来处理同一个桶的冲突。但是，这不是一个确定的答案。

在 java 8 中，当存储桶的冲突次数增加时，这种 LinkedList 会被平衡二叉树取代。这将查找的最坏情况性能从 O(n) 提高到 O(log n)。

您可以在此处查看更多详细信息。

【讨论】：

【解决方案2】：

如前所述，最坏情况是 O(N)，平均和摊销运行时间是恒定的。

来自 GeeksForGeeks： HashSet 的底层数据结构是 hashtable。因此，HashSet 的添加、删除和查找（包含方法）操作的摊销（平均或通常情况）时间复杂度需要 O(1) 时间。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果您查看 HashSet 的实现（例如，来自 OpenJDK 8：https://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/687fd7c7986d/src/share/classes/java/util/HashSet.java），您会发现它实际上只是构建在 HashMap 之上。相关代码sn-p在这里：

public class HashSet<E>

    extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map

    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**

     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has

     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).

     */

    public HashSet() {

        map = new HashMap<>();

    }

    public boolean add(E e) {

        return map.put(e, PRESENT)==null;

    }

HashSet 尝试通过创建一个名为 PRESENT 的单个静态空 Object 值并将其用作 HashMap 中每个键/值条目的值部分来稍微优化内存使用。

因此，无论使用HashMap 对性能有何影响，HashSet 都会有或多或少相同的性能影响，因为它实际上是在幕后使用HashMap。

直接回答您的问题：在最坏的情况下，是的，正如HashMap 的最坏情况复杂度是O(n)，HashSet 的最坏情况复杂度也是O(n)。

值得注意的是，除非你有一个非常糟糕的哈希函数或使用一个小得离谱的哈希表，否则你不太可能在实践中看到最坏的情况下的性能。您必须将每个元素散列到哈希表中完全相同的存储桶中，因此性能本质上会降低到链表遍历（假设哈希表使用链表进行冲突处理，Java 就是这样做的）。

【讨论】：

嗯，这很有趣。为什么它在底层使用 HashMap？我会认为，如果有的话，也许 HashMap 在引擎盖下使用 HashSet。 HashSet 中的键值对到底是什么？
它本质上是一个值为空对象的键。如果您滚动浏览该源并查看类，您可以看到一个静态成员private static final Object PRESENT = new Object();，然后HashSet 的相应Put(...) 方法就执行public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }。由于内存中只有一个 PRESENT 实例，因此开销非常小，因为所有条目都引用同一个 PRESENT 对象。
至于“为什么”部分，我的猜测是，如果你设计了一个没有价值的HashSet，那么将它重新用于@987654342 会很困难@。另一方面，您可以使用HashSet 和HashMap 完成所有操作，因此重用它并最大限度地减少键/值对的值部分的内存开销对我来说是有意义的。您几乎可以肯定自己制作一个更高效的HashSet，但我猜想内存与代码重用的讨论Java 开发人员已经开始支持代码重用。（我从来没有研究过Java本身，所以这只是代表我的猜测）

【解决方案4】：

在HashMap 中查找元素时，它会执行 O(1) 计算以找到正确的存储桶，然后依次迭代那里的项目，直到找到与请求的键相等的项目，或者检查所有项目。

在最坏的情况下，地图中的所有项目都具有相同的哈希码，因此存储在同一个桶中。在这种情况下，您需要依次迭代所有这些，这将是一个 O(n) 操作。

HashSet 只是一个 HashMap，您不关心值，只关心键 - 在引擎盖下，它是一个 HashMap，其中所有值都是虚拟的 Object。

【讨论】：