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Java中高效判断数组中是否包含某个元素的几种方法

2021-09-17 14:46:51 作者：hollis

这是一个在Java中经常用到的并且非常有用的操作，这个问题在Stack Overflow中也是一个非常热门的问题，本文将分析几种常见用法及其时间成本

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）

补充

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。

完整测试代码

package zaLearnpackage;
import org.apache.commons.lang3.ArrayUtils;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
//检查数组是否包含某个值的方法
public class TestArray {
    //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;
    }
//查找有序数组中是否包含某个值的用法
public static boolean useArraysBinarySearch(String[] arr,String targetValue){
    int a=Arrays.binarySearch(arr, targetValue);
    if(a>0)
        return true;
    else
        return false;
}
//使用ArrayUtils
public static boolean useArrayUtils(String[] arr,String targetValue){
    return ArrayUtils.contains(arr,targetValue);
}
public static void main(String[] args) {
    String[] arr=new String[]{"CD","BC","EF","DE","AB","JK"};
    //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
        long startTime2=System.nanoTime();
        for(int i=0;i<100000;i++){
            useSet(arr, "A");
        }
        long endTime2=System.nanoTime();
        long duration2=endTime2-startTime2;
        System.out.println("useSet:"+duration/1000000);
        //use loop
        long startTime3=System.nanoTime();
        for(int i=0;i<100000;i++){
            useLoop(arr, "A");
        }
        long endTime3=System.nanoTime();
        long duration3=endTime3-startTime3;
        System.out.println("useLoop:"+duration/1000000);
        //use Arrays.binarySearch()
        long startTime4=System.nanoTime();
        for(int i=0;i<100000;i++){
            useArraysBinarySearch(arr, "A");
        }
        long endTime4=System.nanoTime();
        long duration4=endTime4-startTime4;
        System.out.println("useArraysBinarySearch:"+duration/1000000);
}
}
/*
 * 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。
 */

长字符串数据

遇到一些有规律的长字符串数据的解决办法（找到是否存在要查找的元素，非遍历）

String inputStrs = "北京,天津,上海,四川,湖南,广州,深圳,海南";
String[] strList = inputStrs.split(",");

String target = "上海";//1
String result = Arrays.asList(strList).contains(target) ? "查到咯！" : "没这个城市啊...";
//2Set<String> set = new HashSet<>(Arrays.asList(strList)); 
System.out.println(set.contains(target)); // true
System.out.println(result); // result="查到咯！"-----------

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