HashMap 實作 Java 中每個字元的出現次數統計
1.概述
計算字串中每個字元出現的次數是 Java 中常見且實用的任務。無論我們是在處理使用者輸入、分析文字或解決演算法問題，追蹤字元頻率通常都是關鍵步驟。
在本教程中，我們將探索基於HashMap的簡單實現，以計算給定字串中每個字元的出現次數。
2.為什麼要使用HashMap ？
Java 中的HashMap類別是一種鍵值資料結構，在大多數情況下允許恆定時間的檢索和插入。
為了計算字元頻率，我們可以將字串中每個唯一字元作為鍵，將其出現的次數作為值。在遍歷字串時，我們會檢查該字元是否已存在於映射中。如果存在，則將數值加一。如果不存在，則將其加一，初始計數為一。此方法提供了一種記錄字串中所有字元出現次數的有效方法。
3. Java實現
本節示範了兩種使用HashMap來統計字串中字元出現次數的方法：一種是使用經典的 for 循環，另一種是使用 Java Streams。這兩種方法都在內部使用 Map 來儲存和統計字符，但在編碼風格和 API 使用上有所不同。
3.1. 使用簡單的 For 循環
最直接的方法是遍歷字串中的每個字符，並在HashMap中更新其計數。這種方法易於理解且高效：
public static Map<Character, Integer> countCharactersWithLoop(String input) {
Map<Character, Integer> characterCountMap = new HashMap<>();
for (char ch : input.toCharArray()) {
characterCountMap.put(ch, characterCountMap.getOrDefault(ch, 0) + 1);
}
return characterCountMap;
}我們的方法接受一個String作為輸入，並傳回一個將每個字元與其頻率關聯起來的Map 。首先初始化一個空的HashMap ，其中的鍵是字符，值是字符的計數。
接下來，我們將字串轉換為字元數組並對其進行迭代。對於每個字符，我們使用 map 的getOrDefault()方法來取得其當前計數（如果不存在則為0 ），將其加一，然後更新 map。迭代完成後，該方法將傳回包含所有字元頻率的已填入 map。
這種簡單且有效率的方法會統計每個字符，包括空格和標點符號，同時區分大小寫字母。它還可以根據需要輕鬆調整，以忽略大小寫或過濾字元。
3.2. 使用 Java 流
Java Streams 提供了一種更具聲明性的方式來統計字元出現的次數，它將字串轉換為字元流，然後使用Collectors對其進行分組和計數。這種方法更加簡潔，更具表現力：
public static Map<Character, Integer> countCharactersWithStreams(String input) {
return input.chars()
.mapToObj(c -> (char) c)
.collect(Collectors.groupingBy(
Function.identity(),
Collectors.collectingAndThen(Collectors.counting(), Long::intValue)
));
}此方法首先使用input.chars()將字串轉換為字元代碼的IntStream ，然後將每個程式碼對應到其對應的Character物件。 Collectors.groupingBy Collectors.groupingBy()操作將相同的字元分組，而Collectors.counting()則計算每個字元出現的次數。
由於counting()的結果為Long ，我們呼叫collectingAndThen()函數，並將Long::intValue轉換為Integer ，使返回類型與基於迴圈的方法一致。與先前的方法類似，此實作將大小寫字符視為不同的類型，並包含所有字符，包括空格和標點符號。
Stream API 為傳統迭代提供了一種簡潔且實用的替代方案，在處理更大的管道或更複雜的資料轉換時尤其有用。
4. 透過單元測試進行驗證
讓我們來看看兩個 JUnit 測試來驗證countCharactersWithLoop()和countCharactersWithStreams()方法是否針對簡單的輸入字串產生正確的輸出：
@Test
public void givenSimpleInput_whenCountingCharactersWithLoop_thenReturnsCorrectFrequencies() {
String input = "test";
Map<Character, Integer> result = CharacterFrequencyCounter.countCharactersWithLoop(input);
assertEquals(Integer.valueOf(2), result.get('t'));
assertEquals(Integer.valueOf(1), result.get('e'));
assertEquals(Integer.valueOf(1), result.get('s'));
assertEquals(3, result.size());
}
@Test
public void givenSimpleInput_whenCountingCharactersWithStreams_thenReturnsCorrectFrequencies() {
String input = "test";
Map<Character, Integer> result = CharacterFrequencyCounter.countCharactersWithStreams(input);
assertEquals(Integer.valueOf(2), result.get('t'));
assertEquals(Integer.valueOf(1), result.get('e'));
assertEquals(Integer.valueOf(1), result.get('s'));
assertEquals(3, result.size());
}兩個測試都使用相同的輸入字串“test” ，並驗證每個字元的計數是否正確。它們確認字元't'出現了兩次，而'e'和's'各出現了一次。此外，兩個映射都恰好包含三個條目，確保沒有包含多餘的字元。
這些測試驗證了這兩種方法的核心功能，證明它們可以產生等效且準確的結果。
5. 結論
在本文中，我們學習了兩種使用 Java 中的HashMap來計算字串中字元頻率的方法：經典的 for 迴圈方法和使用 Java Streams 的更簡潔的解決方案。這兩種方法都能有效地將每個字符映射到其出現次數，並處理所有字符，包括空格和標點符號。
這些方法為字元頻率分析提供了堅實的基礎，並可根據各種文字處理需求進行調整。
像往常一樣，這裡討論的程式碼可以在 GitHub 上找到。