Multiset Interface in Java

在Java中，基本的Set，如HashSet，属于Java的util包。通过它的使用，以及集合的数学属性，即其成员是不同的且不重复的。

但是，存在一些用例，例如频率表，这是一种需要集合进行重复目的的情况，其中允许重复。这时Multiset就派上用场了。

Java工具包不包含Multiset接口，但第三方库，其中之一是Google的Guava，包含了该接口。本文的目的是使用Java语言解释Multiset的概念、其相关性以及如何应用它。

什么是Multiset？

Multiset（也称为bag）是一种数据容器，它允许同一个对象出现多次，并对项目进行计数。它的工作方式类似于List，允许项目重复，同时又能够容纳Set中的项目，但增加了一个计数功能。

在传统的Set中，每个成员最多只能出现一次，并且唯一可以执行的操作是确定成员是否存在。我们不仅可以知道特定元素是否属于Multiset，还可以知道该元素在此集合中出现了多少次。

使用Multiset的场景

在需要跟踪元素频率的情况下，Multiset很有帮助，例如：

• 库存管理：换句话说，这个问题可能与分别监控对象及其数量有关。
• 数据分析：例如，量化文档中某些单词的频率。
• 数学模型中的Multiset：在涉及跟踪元素频率的算法中使用Multiset。

为什么要使用Multiset而不是List或Map？

List：允许重复，但它不提供直接的方法来识别每个元素重复的次数。

Map：通过使用Map<E, Integer>，可以以类似的方式实现计数元素数量的功能，但您无法实现Multiset所提供的特定行为，例如直接将元素与计数一起添加。

Multiset：它提供了允许重复元素的选项，同时计数器在后台跟踪计数，并设计了一个清晰的API来执行添加、删除或查询元素频率等操作。

Guava中的Multiset

Google的Guava库提供了Multiset接口，该接口非常高效且应用广泛。它支持多种实现，例如：

HashMultiset：使用HashMap在Java中实现；对于字段S，它可以包含重复值，并且在时间复杂度方面，大多数操作需要O(1)。

TreeMultiset：它还可以像TreeMap一样维护元素的顺序，同时所有操作都在对数时间内执行。

与Guava中的每个项目一样——特别是要使用Multiset——请确保您已将库添加到您的项目中。

示例

让我们通过一个例子来理解Multiset的概念。

文件名：MultisetExample.java

输出

 
Count of apples: 2
Total elements (with duplicates): 4
Count of apples after removal: 1
banana occurs 1 time
orange occurs 1 time
apple occurs 1 time   

Guava的Multiset可用的主要操作包括以下几项：

Multiset操作

add(E element)：此方法将特定元素插入到multiset中。如果元素已存在，则我们只需将该元素的计数加一。

这使得处理允许重复值的集合变得容易，并且它还更新内部存储的每个元素的出现次数。当需要更频繁地添加项目以及处理数据重复时，它最有价值。

add(E element, int occurrences)：此方法将指定的元素插入此multiset指定的次数。它是一种批量添加方法，不需要在循环中调用add()，这样效率低下。

如果元素已存在，则计数将按此处提到的出现次数递增。在系统中存在相同元素持续传输的大型应用程序受益于此。

count(Object element)：此方法仅提供一个数字，该数字表示特定元素在multiset中的当前出现次数。如果给定的元素不存在，则该方法返回零。

在用户对列表中某个特定项目出现的次数感兴趣的情况下，它很有益，常见用法包括：

• 单词频率。
• 检查可用库存项目的数量。
• 数据的偶数出现次数。

remove(Object element)：此方法删除给定元素的一个副本，并从现有multiset创建一个新的multiset。当元素有多个出现时，只删除一个副本，因此计数减少一。

如果它只出现一次，则该元素将完全从集合中删除。这种方法在处理动态集合时很有帮助，即那些可以被调用并添加或删除元素的集合。

remove(Object element, int occurrences)：此方法帮助从列表中删除指定次数的元素实例。如果元素的计数低于指定的出现次数，则计数将变为零，从而消除该元素。

当需要多次删除元素以避免混淆时，它很有帮助，例如在修改库存或重新评估数据集时使用。

size()：此方法返回multiset中的元素总数，忽略它们的数量。与普通Set相比，实现的size不表示不同元素的数量，而是元素的总数。

例如，其size将根据元素出现的次数进行调整，其中在此情况下出现5次。当寻求对multiset中存在的所有数据获得更广泛的洞察时，它非常有用。

elementSet()：此方法生成此multiset中存在的所有元素的集合视图。请注意，multiset可能包含元素的重复项，而elementSet()方法返回一个类似集合的结构，其中任何元素都不能出现一次以上。

当枚举唯一元素时，它会派上用场；但是，可以使用count()方法单独获得频率。

Multiset与Map：基本区别

虽然您可以使用Map<E, Integer>来模拟multiset，但存在显著差异：

API简洁性：multiset提供了更自然、更方便的接口，其中包含添加元素、删除元素和访问计数的各种方法。Map<E, Integer>具有更高的复杂性，需要更多的样板代码。

处理计数：multiset会为您妥善处理计数方面的问题。此外，当添加或删除元素时，它会在没有额外代码指令的情况下更改计数。

类似Set的操作：您可以称之为与multiset中的特定项的交互（例如，迭代Set中的唯一元素）类似于与Set的交互，这对于Map来说并不完全自然。

注意事项和边缘情况

负计数：如前所述，multiset不存在负计数的规定。如果您尝试删除不存在的情况，则计数将降至零。

Null元素：Null元素是否受multiset支持取决于实现，例如Hashmultiset。

性能：multiset的通用性能基于multiset的实现。例如，HashMultiset提供常数时间操作，TreeMultiset提供对数时间操作但元素有序。

结论

如果您处理允许重复元素且必须存储频率的集合，Multiset会很有帮助。Java最初不包含Multiset接口；但是，我们可以通过使用Guava库（例如HashMultiset或TreeMultiset）轻松实现该接口。

Multiset是一个经过轻微修改的List，其中允许重复和计数要求，并且计数是机械地处理的。许多编程操作因它而变得容易，包括计算语言中单词的频率、维护库存、计算分析中的出现次数等。