在Java中如何高效判断数组中是否包含某个元素

妖狐艹你老母 2022-08-22 04:58 156阅读 0赞

> 来源： hollischuang（@Hollis\_Chuang）
> 
> 链接：http://www.hollischuang.com/archives/1269

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。