java(配列などについて)

これじゃダメなんでしょうか？

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HashMap<Map<Integer, Integer>, String> map = new HashMap();
        HashMap<Integer, Integer> innerMap = new HashMap();
        innerMap.put(2,4);
        map.put(innerMap, "あ");
        System.out.println(map); //{{2=4}=あ}
    }
}

私だったら下記のようにBean作って対応しますね。命名イケてないですが。
で、呼び出し元で操作します。配列やコレクションで実現したいという強い意図があるようでしたら、添えずすみません。

public class Math2xFunctionBean{
 private int x;

 public void setX(int x){
  this.x = x; 
 }
 public int getX(){
  return this.x;
 }
 public int getY(){
  return 2*this.x;
 }

}

xによってyが一意に決まるのであれば、yをキーに持つ必要ないのでは？

HashMapであれば、このように使えます。

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap();
        map.put(1,2);
        map.put(2,4);
        map.put(3,6);
        System.out.println(map.get(2)); // 4
    }
}