Scala - 快速学习09 - 函数式编程：一些操作

1- 集合类(collection)

系统地区分了可变的和不可变的集合。

scala.collection包中所有的集合类

可变集合(Mutable)

顾名思义，意味着可以修改，移除或者添加一个元素。

scala.collection.mutable 中的所有集合类：

不可变集合(Immutable)

• 对不可变集合的操作（修改，添加，删除某个集合元素），都是返回一个新的集合，原来的集合不会发生改变。
• 由于“永远不会被改变”的特性，可以说不可变集合是线程安全的。
• Scala在默认情况下采用的是不可变集合。在使用上，优先使用不可变集合。
• 不可变集合适用于大多数情况。

scala.collection.immutable 中的所有集合类：

2- 列表（List）

List[T]

  val a = List(1, 2, 3, 4)                        //> a  : List[Int] = List(1, 2, 3, 4)
  val b = 0 :: a                                  //> b  : List[Int] = List(0, 1, 2, 3, 4)

  val c = "x" :: "y" :: "z" :: Nil                //> c  : List[String] = List(x, y, z)
  val r0 = "z" :: Nil                             //> r0  : List[String] = List(z)
  val r1 = "y" :: r0                              //> r1  : List[String] = List(y, z)
  val r2 = "x" :: r1                              //> r2  : List[String] = List(x, y, z)

  val d = a ::: c                                 //> d  : List[Any] = List(1, 2, 3, 4, x, y, z)
  d.head                                          //> res0: Any = 1
  d.tail                                          //> res1: List[Any] = List(2, 3, 4, x, y, z)
  d.isEmpty                                       //> res2: Boolean = false
  Nil.isEmpty                                     //> res3: Boolean = true

  def test(tlist: List[Int]): String = {
    if (tlist.isEmpty) ""
    else tlist.head.toString + " " + test(tlist.tail)
  }                                               //> test: (tlist: List[Int])String

  test(a)                                         //> res4: String = "1 2 3 4 "

  val test = List(1, 2, 3, 4, 5)                  //> test  : List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5)
  test.filter(x => x % 2 == 1)                    //> res0: List[Int] = List(1, 3, 5)

  "Double in 2018!".toList                        //> res1: List[Char] = List(D, o, u, b, l, e,  , i, n,  , 2, 0, 1, 8, !)
  "Double in 2018!".toList.filter(x => Character.isDigit(x))
                                                  //> res2: List[Char] = List(2, 0, 1, 8)
  "Double in 2018!".toList.takeWhile(x => x != 'i')
                                                  //> res3: List[Char] = List(D, o, u, b, l, e,  )

列表的遍历

可以使用for循环或foreach进行遍历

  val list = List(1, 2, 3)                        //> list  : List[Int] = List(1, 2, 3)
  for (elem <- list) println(elem)                //> 1
                                                  //| 2
                                                  //| 3
  list.foreach(elem => print(elem))               //> 123
  list.foreach(print)                             //> 123

3- 映射（Map）

键值对的集合

  val test = Map(1 -> "Anliven", 9 -> "Angel")    //> test  : scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(1 -> Anliven, 9 ->
                                                  //| Angel)
  test(1)                                         //> res0: String = Anliven
  test(9)                                         //> res1: String = Angel
  test.contains(1)                                //> res2: Boolean = true
  test.contains(2)                                //> res3: Boolean = false
  test.keys                                       //> res4: Iterable[Int] = Set(1, 9)
  test.values                                     //> res5: Iterable[String] = MapLike.DefaultValuesIterable(Anliven, Angel)

  test + (8 -> "888")                             //> res6: scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(1 -> Anliven, 9 -> An
                                                  //| gel, 8 -> 888)
  test - 1                                        //> res7: scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(9 -> Angel)
  test ++ List(2 -> "222", 3 -> "333")            //> res8: scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(1 -> Anliven, 9 -> An
                                                  //| gel, 2 -> 222, 3 -> 333)
  test ++ List(2 -> "222", 3 -> "333") -- List(1, 9)
                                                  //> res9: scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(2 -> 222, 3 -> 333)

映射的遍历

循环遍历映射的基本格式：for ((k,v) <- 映射) 语句块

可以同时遍历k和v，也可以只遍历映射中的k或者v

  val test3 = Map("1" -> "AAA", "2" -> "BBB", "3" -> "CCC")
                                                  //> test3  : scala.collection.immutable.Map[String,String] = Map(1 -> AAA, 2 -> B
                                                  //| BB, 3 -> CCC)
  for ((k, v) <- test3) printf("Key is : %s and Value is: %s\n", k, v)
                                                  //> Key is : 1 and Value is: AAA
                                                  //| Key is : 2 and Value is: BBB
                                                  //| Key is : 3 and Value is: CCC
  for (k <- test3.keys) println(k)                //> 1
                                                  //| 2
                                                  //| 3
  for (v <- test3.values) println(v)              //> AAA
                                                  //| BBB
                                                  //| CCC
  for (x <- test3) println(x)                     //> (1,AAA)
                                                  //| (2,BBB)
                                                  //| (3,CCC)

4- Range与Stream

• range 整数序列
• stream 惰性求值列表

  1 to 10                                         //> res0: scala.collection.immutable.Range.Inclusive = Range 1 to 10
  1 to 10 by 2                                    //> res1: scala.collection.immutable.Range = inexact Range 1 to 10 by 2
  (1 to 10).toList                                //> res2: List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
  1 until 10                                      //> res3: scala.collection.immutable.Range = Range 1 until 10
  1 until 10 by 2                                 //> res4: scala.collection.immutable.Range = inexact Range 1 until 10 by 2

  1 #:: 2 #:: 3 #:: Stream.empty                  //> res5: scala.collection.immutable.Stream[Int] = Stream(1, ?)
  val stream = (1 to 123456789).toStream          //> stream  : scala.collection.immutable.Stream[Int] = Stream(1, ?)
  stream.head                                     //> res6: Int = 1
  stream.tail                                     //> res7: scala.collection.immutable.Stream[Int] = Stream(2, ?)

5- Tuple

与数据库的记录概念类似

  (1, 2)                                          //> res0: (Int, Int) = (1,2)
  1 -> 2                                          //> res1: (Int, Int) = (1,2)
  (1, "Alice", "Math", 95.5)                      //> res2: (Int, String, String, Double) = (1,Alice,Math,95.5)
  val test = (1, "Alice", "Math", 95.5)           //> test  : (Int, String, String, Double) = (1,Alice,Math,95.5)
  test._1                                         //> res3: Int = 1
  test._2                                         //> res4: String = Alice
  test._3                                         //> res5: String = Math
  test._4                                         //> res6: Double = 95.5

  val test2 = List(1, 2, 3, 4, 5)                 //> test2  : List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5)
  def sumSq(in: List[Int]): (Int, Int, Int) =
    in.foldLeft((0, 0, 0))((t, v) => (t._1 + 1, t._2 + v, t._3 + v * v))
                                                  //> sumSq: (in: List[Int])(Int, Int, Int)
  sumSq(test2)                                    //> res7: (Int, Int, Int) = (5,15,55)

6- 集合操作

Map操作与flatMap操作

Map操作是针对集合的典型变换操作，主要用作元素的转换。

Map操作将某个函数应用到集合中的每个元素，并产生一个结果集合。

示例：给定一个字符串列表，我们可以通过map操作对列表的中每个字符串进行变换，变换后可以得到一个新的集合。

  val test = List[String]("x", "y", "z")          //> test  : List[String] = List(x, y, z)
  test.map(x => x.toUpperCase)                    //> res0: List[String] = List(X, Y, Z)
  test.map(_.toUpperCase)                         //> res1: List[String] = List(X, Y, Z)

  val test2 = List(1, 2, 3, 4, 5)                 //> test2  : List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5)
  test2.filter(x => x % 2 == 1)                   //> res2: List[Int] = List(1, 3, 5)
  test2.filter(_ % 2 == 1)                        //> res3: List[Int] = List(1, 3, 5)
  test2.filter(_ % 2 == 1).map(_ + 10)            //> res4: List[Int] = List(11, 13, 15)

  val test3 = List(test2, List(6, 7, 8, 9, 0))    //> test3  : List[List[Int]] = List(List(1, 2, 3, 4, 5), List(6, 7, 8, 9, 0))
  test3.map(x => x.filter(_ % 2 == 0))            //> res5: List[List[Int]] = List(List(2, 4), List(6, 8, 0))
  test3.map(_.filter(_ % 2 == 0))                 //> res6: List[List[Int]] = List(List(2, 4), List(6, 8, 0))
  test3.flatMap(_.filter(_ % 2 == 0))             //> res7: List[Int] = List(2, 4, 6, 8, 0)

flatMap操作是Map操作的一种扩展。

在flatMap中传入一个函数，该函数对每个输入都会返回一个集合（而不是一个元素），然后，flatMap把生成的多个集合“拍扁”成为一个集合。

  val myStr = List("AAA", "BBB", "CCC")           //> myStr  : List[String] = List(AAA, BBB, CCC)
  myStr flatMap (s => s.toList)                   //> res0: List[Char] = List(A, A, A, B, B, B, C, C, C)
  myStr.flatMap(s => s.toList)                    //> res1: List[Char] = List(A, A, A, B, B, B, C, C, C)

示例说明：对于列表myStr中的每个元素，都执行Lamda表达式定义的匿名函数“s => s.toList”，myStr中的每个元素都调用toList，生成一个字符集合List[Char]，最后，flatMap把这些集合中的元素“拍扁”得到一个集合List。

filter操作

filter操作：遍历一个集合并从中获取满足指定条件的元素组成一个新的集合。

filter操作还可以做进一步操作，例如：过滤指定内容开头的元素等。

  val testMap = Map(11 -> "ABC", 22 -> "BCD", 33 -> "CDE")
                                                  //> testMap  : scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(11 -> ABC, 22 ->
                                                  //|  BCD, 33 -> CDE)
  val testFilter = testMap filter { kv => kv._2 contains "BC" }
                                                  //> testFilter  : scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(11 -> ABC, 22
                                                  //|  -> BCD)
  testFilter foreach { kv => println(kv._1 + ":" + kv._2) }
                                                  //> 11:ABC
                                                  //| 22:BCD

  val testMap2 = Map(1 -> "ab", 2 -> "ac", 3 -> "bc")
                                                  //> testMap2  : scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(1 -> ab, 2 -> a
                                                  //| c, 3 -> bc)
  val testFilter2 = testMap2 filter { kv => kv._2 startsWith "a" }
                                                  //> testFilter2  : scala.collection.immutable.Map[Int,String] = Map(1 -> ab, 2 -
                                                  //| > ac)
  testFilter2 foreach { kv => println(kv._1 + ":" + kv._2) }
                                                  //> 1:ab
                                                  //| 2:ac

reduce操作（归约）与fold操作（折叠）

reduce操作（归约）

• 使用reduce可以对集合中的元素进行归约，包含reduceLeft和reduceRight两种操作。
• reduceLeft从集合的头部开始操作，reduceRight从集合的尾部开始操作。
• reduce默认采用的是reduceLeft，其原型：reduceLeft(op: (T, T) => T)

  val test = List(1, 2, 3, 4, 5)                  //> test  : List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5)
  test.reduceLeft((x, y) => x + y)                //> res0: Int = 15
  test.reduceLeft(_ + _)                          //> res1: Int = 15
  test.reduceRight(_ + _)                         //> res2: Int = 15
  test.reduceLeft(_ - _)                          //> res3: Int = -13
  test.reduceRight(_ - _)                         //> res4: Int = 3

  test.reduce(_ - _)                              //> res5: Int = -13

示例说明：

• reduceLeft(_ - _)表示从列表头部开始，对两两元素进行求和操作
• reduceRight(_ - _)表示从列表尾部开始，对两两元素进行求和操作
• 下划线是占位符表示当前获取的两个元素，两个下划线之间的是操作符，表示对两个元素进行的操作
• 直接使用reduce，等同于reduceLeft

fold操作（折叠）

fold操作和reduce操作类似，但需要指定一个初始值，并以该值作为上下文，处理集合中的每个元素。

fold函数需要两个参数，一个参数是初始种子值，另一个参数是用于计算结果的累计函数。

包含foldLeft()和foldRight()两种操作。

• foldLeft()，第一个参数为累计值，从集合的头部开始操作。
• foldRight()，第二个参数为累计值，从集合的尾部开始操作。

fold默认采用的是foldLeft，其原型：foldLeft(z: U)(op: (U, T) => U)

  val test = List(1, 2, 3, 4, 5)                  //> test  : List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5)

  test.foldLeft(0)(_ + _)                         //> res0: Int = 15
  test.foldRight(0)(_ + _)                        //> res1: Int = 15
  test.foldLeft(0)(_ - _)                         //> res2: Int = -15
  test.foldRight(0)(_ - _)                        //> res3: Int = 3

  test.fold(0)(_ - _)                             //> res4: Int = -15

  test.fold(10)(_ * _)                        //> res5: Int = 1200

示例说明：

执行test.fold(10)(_ * _)时，首先把初始值拿去和list中的第一个值1做乘法操作，得到累乘值10，然后再拿这个累乘值10去和list中的第2个值2做乘法操作，得到累乘值20，依此类推，一直得到最终的累乘结果1200。

7- 实例WordCount

按照函数式编程的风格，编写一个程序，对某个目录下所有文件中的单词进行词频统计。

1 - 在目录“D:\Anliven-Running\Zen\ScalaProjets\temptest”创建如下两个文件：

word1.txt

this is a test !
1,2,3
4,5,6,7,8,9

word2.txt

1,2,3
4,5,6,7,8,9
4,5,6,7,8,9
this is a test !

2 - 编辑并运行如下代码：

package testscala
import java.io.File
import scala.io.Source

object TestScala {

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val dirfile = new File("D:\\Anliven-Running\\Zen\\ScalaProjets\\temptest")
    val files = dirfile.listFiles //得到数组files
    for (file <- files) println(file) //遍历数组
    val aFilesList = files.toList //Array类的toList方法将连续存放的数组转换为递归存放的列表
    val wordsMap = scala.collection.mutable.Map[String, Int]() //定义一个Map变量,key是单词,value是单词数量

    aFilesList.foreach(
      file => Source.fromFile(file).getLines().foreach(
        line => line.split(" ").foreach(
          word => {
            if (wordsMap.contains(word)) {
              wordsMap(word) += 1
            } else {
              wordsMap += (word -> 1)
            }
          })))

    println(wordsMap)  //打印内容
    for ((key, value) <- wordsMap) println(key + ": " + value) //遍历内容
  }

}

　　

代码说明：

• 如果是在Linux系统下运行，目录格式应为“/d/Anliven-Running/Zen/ScalaProjets/temptest”
• aFilesList.foreach()对列表aFilesList中的每个元素进行遍历操作，按照括号中定义的逻辑进行处理
• file => Source.fromFile(file).getLines().foreach()遍历获取列表aFilesList的元素值（文件路径名）并赋值给file，然后调用getLines()方法获取该文件的所有行，并执行foreach()方法遍历所有行
• line=>line.split(" ").foreach()对一行内容进行切分得到一个集合，然后调用foreach()方法圆括号中定义的处理逻辑遍历集合
• foreach()方法中处理逻辑的功能是，对于当前遍历到的某个单词，如果这个单词以前已经统计过，就把映射中以该单词为key的映射条目的value增加1。如果以前没有被统计过，则为这个单词新创建一个映射条目。

3 - 运行结果：

D:\Anliven-Running\Zen\ScalaProjets\temptest\word1.txt
D:\Anliven-Running\Zen\ScalaProjets\temptest\word2.txt
Map(is -> 2, 1,2,3 -> 2, a -> 2, 4,5,6,7,8,9 -> 3, ! -> 2, this -> 2, test -> 2)
is: 2
1,2,3: 2
a: 2
4,5,6,7,8,9: 3
!: 2
this: 2
test: 2