元素周期表的数据结构

Question

我的目标是使用元素周期表（或列表）来获取有关Java中特定元素的信息。我想通过原子序数和符号搜索它（但该转换应该很简单）。

我在this JQuery plugin找到该信息。但它被存储为一个JSON文件。

硬编码信息似乎是最有效的（因为它不会经常更改并且由于性能原因），但是如何将JSON转换为硬编码的enum？

Answer 1

由于：

• 关于元素的信息是完全静态的
• 每个元素符号是字母数字
• 新元素的发现是既有难得的和不相关（因为他们是非常不稳定）

枚举似乎是一个不错的选择：

public enum Element { 
    H(1, "Hydrogen", 1.008, -259.1), 
    He(2, "Helium", 4.003, -272.2), 
    Li(3, "Lithium", 6.941, 180.5), 
    // ... 90+ others 
    ; 

    private static class Holder { 
     static Map<Integer, Element> map = new HashMap<Integer, Element>(); 
    } 

    private final int atomicNumber; 
    private final String fullName; 
    private final double atomicMass; 
    private final double meltingPoint; 

    private Element(int atomicNumber, String fullName, double atomicMass, double meltingPoint) { 
     this.atomicNumber = atomicNumber; 
     this.fullName = fullName; 
     this.atomicMass = atomicMass; 
     this.meltingPoint = meltingPoint; 
     Holder.map.put(atomicNumber, this); 
    } 

    public static Element forAtomicNumber(int atomicNumber) { 
     return Holder.map.get(atomicNumber); 
    } 

    public int getAtomicNumber() { 
     return atomicNumber; 
    } 

    public String getFullName() { 
     return fullName; 
    } 

    public double getAtomicMass() { 
     return atomicMass; 
    } 

    public double getMeltingPoint() { 
     return meltingPoint; 
    } 
} 

有一些Java功夫在这里，值得解释。该地图是把静态的内部（支架）类中，因此被初始化之前枚举实例初始化，这样，他们可以将自己添加到它。如果没有在内部静态类，它不会被初始化，因为第一件事就是枚举类初始化必须是实例，但静态内部类初始化上课之前被初始化。

这种方法意味着该实例不需要任何特别的顺序列出（它们可以是字母上市，或其他）。

Answer 2

假设你有一个PeriodicTable.txt文件，格式如下：

ATOMIC_NUMBER SYMBOL OTHER_INFO 

像：

1 H Hydrogen -> Lightest element 
2 He Helium -> Second lightest element 
3 Li Lithium -> Third lightest element 
// and so on... 

然后你就可以有一个像下面的一个相当简单的实现自己PeriodicTable：

import java.io.IOException; 
import java.nio.file.Files; 
import java.nio.file.Paths; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
import java.util.Scanner; 

public class PeriodicTable 
{ 
    private List<Element> elements; 

    public PeriodicTable() throws IOException 
    { 
    elements = new ArrayList<>(); 
    List<String> list = Files.readAllLines(Paths.get("PeriodicTable.txt")); 
    list.forEach(this::process); 
    } 

    public static void main(String[] args) throws IOException 
    { 
    final PeriodicTable periodicTable = new PeriodicTable(); 

    System.out.println(periodicTable.getElementByNumber(1)); 
    System.out.println(periodicTable.getElementBySymbol("Li")); 
    } 

    private void process(String line) 
    { 
    try (Scanner scanner = new Scanner(line)) 
    { 
     int atomicNumber = scanner.nextInt(); 
     String symbol = scanner.next(); 
     String info = scanner.nextLine(); 

     elements.add(new Element(atomicNumber, symbol, info)); 
    } 
    } 

    public Element getElementByNumber(int atomicNumber) 
    { 
    return elements.stream(). 
     filter(e -> e.atomicNumber == atomicNumber). 
     findFirst().orElse(null); 
    } 

    public Element getElementBySymbol(String symbol) 
    { 
    return elements.stream(). 
     filter(e -> e.symbol.equals(symbol)). 
     findFirst().orElse(null); 
    } 

    private class Element 
    { 
    private String info; 
    private int atomicNumber; 
    private String symbol; 

    public Element(int atomicNumber, String symbol, String info) 
    { 
     this.atomicNumber = atomicNumber; 
     this.symbol = symbol; 
     this.info = info; 
    } 

    public String toString() 
    { 
     return "[ " + atomicNumber + " " + symbol + " " + info + " ]"; 
    } 
    } 
} 

如果你看到，我已经创建了一个Element类，其中包含元素的atomic number,symbol和info，并且我在PeriodicTable类中列出了elements。

我从PeriodicTable.txt文件中读取数据PeriodicTable和通过适当地解析它并为每个行创建元件和将其添加到elements处理文本文件的每一行。

我还添加了两种基于atomic number和symbol属性过滤元素的方法。

该代码适用于Java 8，因此您至少应该拥有该代码才能运行该代码，或者可以轻松地为此代码编写可在较早的JVM上运行的代码，尽管它不会像此代码那样紧凑。

由于PeriodicTable中的元素数量有限，因此我不打算按照它们的atomic number排序元素，尽管它们会在您的PeriodicTable.txt文件具有原子序数增加的元素时排列。

由于我们知道PeriodicTable中元素的确切数量及其频繁变化的内容，因此过滤方法需要一定的时间。

您现在要做的就是创建一个合适的PeriodicTable.txt文件，然后该文件就可以被程序使用。

注意：PeriodicTable类也可以用更好的方式书写。这只是一个例子。我可以把它作为Singleton。我甚至可以在Element的硬编码值enum，但我认为从文件加载数据将保持代码更清洁。

一个甚至可以充实到PeriodicTable类具有附加属性到每个元件中，通过相应地改变process()方法，和改变所述文本文件的基础上的假设的格式，并增强所述Element类，以便它可以容纳甚至更多信息。

只是为了好玩，下面是一个基于辛格尔顿的解决方案：

// PeriodicTable.java 
import java.io.IOException; 
import java.nio.file.Files; 
import java.nio.file.Paths; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
import java.util.Scanner; 

public class PeriodicTable 
{ 
    private static PeriodicTable periodicTable = new PeriodicTable(); 
    private List<Element> elements; 

    private PeriodicTable() 
    { 
    try 
    { 
     elements = new ArrayList<>(); 
     List<String> list = Files.readAllLines(Paths.get("PeriodicTable.txt")); 
     list.forEach(this::process); 
    } 
    catch (IOException e) 
    { 
     e.printStackTrace(); 
    } 
    } 

    public static Element getElementByNumber(int atomicNumber) 
    { 
    return periodicTable.elements.stream(). 
     filter(e -> e.atomicNumber == atomicNumber). 
     findFirst().orElse(null); 
    } 

    public static Element getElementBySymbol(String symbol) 
    { 
    return periodicTable.elements.stream(). 
     filter(e -> e.symbol.equals(symbol)). 
     findFirst().orElse(null); 
    } 

    private void process(String line) 
    { 
    try (Scanner scanner = new Scanner(line)) 
    { 
     int atomicNumber = scanner.nextInt(); 
     String symbol = scanner.next(); 
     String info = scanner.nextLine(); 

     elements.add(new Element(atomicNumber, symbol, info)); 
    } 
    } 

    private class Element 
    { 
    private String info; 
    private int atomicNumber; 
    private String symbol; 

    public Element(int atomicNumber, String symbol, String info) 
    { 
     this.atomicNumber = atomicNumber; 
     this.symbol = symbol; 
     this.info = info; 
    } 

    public String toString() 
    { 
     return "[ " + atomicNumber + " " + symbol + " " + info + " ]"; 
    } 
    } 
} 

// Demo.java 
public class Demo 
{ 
    public static void main(String[] args) 
    { 
    System.out.println(PeriodicTable.getElementByNumber(1)); 
    System.out.println(PeriodicTable.getElementBySymbol("Li")); 
    } 
} 

现在你可以使用你的PeriodicTable安全直接如图所示Demo方法。