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Java 实例 – 数组并集（超详细）
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在 Java 编程中，数组作为基础数据结构，经常需要进行合并、去重等操作。其中，“数组并集”是指将两个或多个数组中的元素合并为一个无重复的新数组。这一操作看似简单，但实现过程中会涉及算法效率、数据结构选择等核心知识点。本文将通过循序渐进的方式，结合代码示例和实际案例，深入讲解 Java 中数组并集的实现方法，并帮助读者理解其背后的逻辑原理。
数组并集的基础概念与应用场景
什么是数组并集？
数组并集（Array Union）是指将两个或多个数组中的元素合并成一个新数组，且新数组中不包含重复元素。例如，若数组 A = [1, 2, 3] 和数组 B = [3, 4, 5] 进行并集操作，结果应为 [1, 2, 3, 4, 5]。
实际应用场景
数组并集在编程中常见于以下场景：
- 数据合并：如电商系统需要合并不同来源的商品列表，去重后展示。
- 数据清洗：合并多个日志文件中的记录，去除重复条目。
- 算法优化：在算法竞赛或复杂逻辑中，快速合并多个数据集。
手动实现数组并集：基础方法与缺陷分析
基础实现思路
手动实现数组并集的核心步骤如下：
- 遍历源数组：逐个读取两个数组的所有元素。
- 去重操作：将元素存入临时存储空间（如
List），并通过检查是否已存在来避免重复。 - 转换为数组：将最终结果从临时存储转换为目标数组格式。
示例代码：手动实现
public static int[] arrayUnion(int[] arr1, int[] arr2) {
List<Integer> tempList = new ArrayList<>();
// 遍历第一个数组
for (int num : arr1) {
if (!tempList.contains(num)) {
tempList.add(num);
}
}
// 遍历第二个数组
for (int num : arr2) {
if (!tempList.contains(num)) {
tempList.add(num);
}
}
// 转换为数组
int[] result = new int[tempList.size()];
for (int i = 0; i < result.length; i++) {
result[i] = tempList.get(i);
}
return result;
}
方法缺陷分析
上述方法虽然简单易懂，但存在以下问题：
- 效率问题：
contains()方法的时间复杂度为 O(n)，导致整体时间复杂度为 O(n²)，当数组规模较大时性能较差。 - 代码冗余：需要遍历两个数组并重复检查逻辑，扩展性差（例如合并三个数组时代码需大幅修改）。
借助集合类优化：使用 HashSet 和 Arrays 工具类
集合类的优势
Java 的 HashSet 是基于哈希表实现的集合，其 add() 方法的时间复杂度接近 O(1)，能显著提升去重效率。结合 Arrays 工具类，可以简化代码逻辑。
示例代码：集合类实现
import java.util.Arrays;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Set;
public static int[] arrayUnionWithSet(int[] arr1, int[] arr2) {
// 将数组转换为 Set 去重
Set<Integer> set = new HashSet<>();
set.addAll(Arrays.stream(arr1).boxed().toList());
set.addAll(Arrays.stream(arr2).boxed().toList());
// 转换为数组
Integer[] tempArray = set.toArray(new Integer[0]);
// 强转为基本类型数组
int[] result = Arrays.stream(tempArray).mapToInt(Integer::intValue).toArray();
return result;
}
关键点解析
- 自动装箱与流式操作：
Arrays.stream(arr1).boxed()将基本类型数组转换为IntStream，再通过boxed()转为Stream<Integer>。toList()方法将流转换为List，便于addAll()操作。
- 数组类型转换：
Set转为Integer[]后，通过mapToInt将包装类型转为基本类型int[]。
进阶优化：时间复杂度与空间复杂度的权衡
算法复杂度分析
| 方法 | 时间复杂度 | 空间复杂度 |
|---|---|---|
| 手动遍历（基础方法） | O(n²) | O(n) |
| 集合类优化方法 | O(n) | O(n) |
优化策略总结
- 优先选择集合类：对于中大型数据集，
HashSet的 O(n) 复杂度是更优选择。 - 避免重复遍历：通过流式操作一次性处理多个数组。
- 类型适配：根据需求选择基本类型数组或对象数组，避免不必要的装箱操作。
实际案例：电商商品合并场景
案例背景
某电商平台需要合并两个商品库的 ID 列表，确保最终结果无重复且顺序无关紧要。
数据准备
// 商品库 A 的 ID 列表
int[] productIdsA = {1001, 1002, 1003, 1004};
// 商品库 B 的 ID 列表
int[] productIdsB = {1003, 1004, 1005, 1006};
调用优化方法
int[] mergedIds = arrayUnionWithSet(productIdsA, productIdsB);
System.out.println("合并后的商品 ID 数组：" + Arrays.toString(mergedIds));
输出结果
合并后的商品 ID 数组：[1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006]
案例总结
通过集合类方法，代码简洁且性能高效，完美适配实际业务需求。
常见问题与解决技巧
问题 1：合并多个数组时如何扩展代码？
解答：
使用可变参数和循环遍历所有数组：
public static int[] arrayUnionWithSet(int[]... arrays) {
Set<Integer> set = new HashSet<>();
for (int[] arr : arrays) {
set.addAll(Arrays.stream(arr).boxed().toList());
}
// 后续转换逻辑与之前相同
return ...;
}
问题 2：如何保持合并后的数组元素顺序？
解答：
若需保留原始顺序，可改用 LinkedHashSet 替代 HashSet，它能维护插入顺序。
结论
通过本文的讲解，读者可以掌握 Java 中数组并集的两种实现方法：基础的手动遍历法和高效的集合类法。对于编程初学者，建议先理解手动实现的逻辑，再逐步过渡到集合类的优化方案；对于中级开发者，则需关注算法复杂度分析和实际场景适配。
在开发过程中，合理选择数据结构（如 HashSet）和工具类（如 Arrays）是提升代码质量的关键。未来，随着项目需求的复杂化，读者还可进一步探索多线程并行处理或分布式计算的优化方案，但万变不离其宗，扎实的数组操作基础是进阶的前提。