Go 实现 Set 的启发与思考

2023-07-02 17:46:33

使用 Go 语言高效实现 Set 数据结构

引言

在计算机科学中，Set（集合）是一种抽象数据类型，它代表一个无序的元素集合。Set 具有高效的成员资格测试和元素添加和删除操作。在 Go 语言中，实现 Set 有多种方法，每种方法都有其独特的优点和缺点。本文将深入探讨 Go 中实现 Set 的方法，并提供代码示例。

使用哈希表实现 Set

一种常见的实现 Set 的方法是使用哈希表（map）。哈希表本质上是一个键值对集合，其中键是 Set 的元素，而值通常是一个占位符（如空结构）。这种方法非常简单，但它会带来空间浪费，因为哈希表必须存储键值对，而 Set 只需要存储键。

type Set struct {
    m map[interface{}]struct{}
}

func NewSet() *Set {
    return &Set{
        m: make(map[interface{}]struct{}),
    }
}

func (s *Set) Add(x interface{}) {
    s.m[x] = struct{}{}
}

func (s *Set) Contains(x interface{}) bool {
    _, ok := s.m[x]
    return ok
}

func (s *Set) Remove(x interface{}) {
    delete(s.m, x)
}

func (s *Set) Size() int {
    return len(s.m)
}

使用切片实现 Set

另一种实现 Set 的方法是使用切片（slice）。切片是 Go 语言中的一种动态数组，可以根据需要调整大小。这种方法提供了更大的灵活性，但需要手动维护 Set 的顺序。

type Set struct {
    s []interface{}
}

func NewSet() *Set {
    return &Set{
        s: make([]interface{}, 0),
    }
}

func (s *Set) Add(x interface{}) {
    for _, v := range s.s {
        if v == x {
            return
        }
    }
    s.s = append(s.s, x)
}

func (s *Set) Contains(x interface{}) bool {
    for _, v := range s.s {
        if v == x {
            return true
        }
    }
    return false
}

func (s *Set) Remove(x interface{}) {
    for i, v := range s.s {
        if v == x {
            s.s = append(s.s[:i], s.s[i+1:]...)
            return
        }
    }
}

func (s *Set) Size() int {
    return len(s.s)
}

使用并查集实现 Set

最后，一种更高级的实现 Set 的方法是使用并查集（union-find）。并查集是一种数据结构，它可以高效地查找和合并集合。这种方法在涉及集合并集和交集等操作时非常高效，但实现起来相对复杂。

type Set struct {
    p []int
    s []int
}

func NewSet(n int) *Set {
    s := &Set{
        p: make([]int, n),
        s: make([]int, n),
    }
    for i := range s.p {
        s.p[i] = i
        s.s[i] = 1
    }
    return s
}

func (s *Set) Find(x int) int {
    if s.p[x] != x {
        s.p[x] = s.Find(s.p[x])
    }
    return s.p[x]
}

func (s *Set) Union(x, y int) {
    px := s.Find(x)
    py := s.Find(y)
    if px != py {
        if s.s[px] > s.s[py] {
            s.p[py] = px
            s.s[px] += s.s[py]
        } else {
            s.p[px] = py
            s.s[py] += s.s[px]
        }
    }
}

func (s *Set) Size(x int) int {
    return s.s[s.Find(x)]
}