數據結構基礎

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1.1 數據結構介紹 數據結構:數據用什麼樣的方式組合在一起。 1.2 常見的數據結構 數據存儲的常用結構有:棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹。 棧: 棧:stack,又稱為堆棧,它是運算受限的線性表,其限制是僅允許在標的一端進行插入和刪除操作,不允許在其他任何位置進行添加、查找、刪除等操作。 簡單來說 ...


1.1 數據結構介紹

數據結構:數據用什麼樣的方式組合在一起。

1.2 常見的數據結構

數據存儲的常用結構有:棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹。

棧:

  • 棧:stack,又稱為堆棧,它是運算受限的線性表,其限制是僅允許在標的一端進行插入和刪除操作,不允許在其他任何位置進行添加、查找、刪除等操作。

  簡單來說:採用該結構的集合,對元素的存取有如下的特點。

  • 先進後出(即,存進去的元素,要在它後面的元素依次取出後,才能取出該元素)。例如,子彈壓進彈夾,先壓進去的子彈在下麵,後壓進去的子彈在上面,

當開槍的時候,先彈出上面的子彈,然後才彈出下麵的子彈。

  • 棧是允許在同一端進行插入和刪除操作的特殊線性表。允許進行插入和刪除操作的一端稱為棧頂(top),另一端為棧底(bottom);棧底固定,而棧頂浮動;棧中元素個數為零時稱為空棧。插入一般稱為壓棧(PUSH),刪除則稱為彈棧(POP)

這裡需要理解兩個名詞:

  • 壓棧:就是存元素。即,把元素存儲到棧的頂端位置,棧中已有元素依次向棧底方向移動一個位置。
  • 彈棧:就是取元素。即,把棧的頂端位置元素取出,棧中已有元素依次向棧頂方向移動一個位置。

代碼:

public class MyStack {
    private int[] array;
    private int size;
    private int top;
     
    public MyStack(int size){
        this.size = size;
        array = new int[size];
        top = -1;
    }
     
    //壓棧
    public void push(int value){
        if(top < size-1){
            array[++top] = value;
        }
    }
     
    //彈棧
    public int pop(){
        return array[top--];
    }
     
    //獲取棧頂數據
    public int getTop(){
        return array[top];
    }
     
    //判斷棧是否為空
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }
     
    //判斷棧是否滿了
    public boolean isFull(){
        return (top == size-1);
    }
     
 
}

  代碼測試:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyStack stack = new MyStack(3);
        stack.push(3);
        stack.push(2);
        stack.push(1);
        System.out.println(stack.getTop());
        while(!stack.isEmpty()){
            System.out.println(stack.pop());
        }
         
    }
 
}

  結果:

隊列

  • 隊列:queue,簡稱隊,它同堆棧一樣,也是一種運算受限的線性表,其限制是僅允許在表的一端進行插入,而在表的另一端進行刪除。

簡單的說,採用該結構的集合,對元素的存取有如下的特點:

  • 先進先出(即,存進去的元素,要在後它前面的元素依次取出後,才能取出該元素)。例如,小火車過山洞,車頭先進去,車尾後進去;車頭先出來,車尾後出來。
  • 隊列的入口、出口各占一側。例如,下圖中的左側為入口,右側為出口。

數組

  • 數組:Array,是有序的元素序列,數組是在記憶體中開闢一段連續的空間,併在此空間存放元素。就像是一排出租屋,有100個房間,從001到100每個房間都有固定編號,通過編號就可以快速找到租房子的人。

簡單來說,採用該結構的集合,對元素的存取有以下特點:

  • 查找元素快:通過索引,可以快速訪問指定位置的元素

  • 增刪元素慢:指定索引增加元素:需要創建一個新的數組,將指定新元素存儲在指定索引位置,再將原數組元素根據索引,複製到新數組對應索引的位置上

  • 指定索引位置刪除元素:需要創建一個新數組,把原數組元素根據索引,複製到新數組對應的索引位置,原數組中指定索引位置元素不複製到新數組中。

鏈表

  • 鏈表:linked list,由一系列結點node(鏈表中每一個元素稱為結點)組成,結點可以在運行時動態生成。每個結點包括兩個部分:一個是存儲數據元素的數據域,另一個是存儲下一個結點地址的指針域。我們常說的鏈表結構有單向鏈表與雙向鏈表,那麼這裡給大家介紹的是單向鏈表多個接地

簡單來說,採用該結構的集合,對元素的存取有以下的特點:

  • 多個結點之間,通過地址進行連接。例如,多個人手拉手,每個人使用自己的右手拉住下個人的左手,依次類推,這樣多個人就連在一起了。
  • 查找元素慢:想查找某個元素,需要通過連接的節點,依次向後查找指定元素。
  • 增刪元素快:

紅黑樹

  • 二叉樹:binary tree ,是每個結點不超過2的有序樹(tree)。

簡單的理解,就是一種類似於我們生活中樹的結構,只不過每個結點上都最多只能有兩個子結點。

二叉樹是每個結點最多有兩個子樹的樹結構。頂上的叫根結點,兩邊被稱作“左子樹”和“右子樹”。

 

 

我們要說的是二叉樹的一種比較有意思的叫做紅黑樹,紅黑樹本身就是一顆二叉查找樹,將節點插入後,該樹仍然是一顆二叉查找樹。如圖:

紅黑樹可以通過紅色節點和黑色節點儘可能的保證二叉樹的平衡,從而來提高效率。

2.1 HashSet集合存儲數據的結構(哈希表)

  什麼是哈希表?

  在JDK1.8之前,哈希表底層採用數組+鏈表實現,即使用數組處理衝突,同意hash值的鏈表都存儲在一個數組內。但是當位於一個桶中的元素較多,即hash值相等的元素較多時,通過key值依次查找的效率較低。而JDK1.8中,哈希表存儲採用數組+鏈表+紅黑樹實現,當鏈表長度超過閾值(8)時,將鏈表轉換為紅黑樹,這樣大大減少了查找時間。

  簡單的來說,哈希表是由數組+鏈表+紅黑樹(JDK1.8增加了紅黑樹部分)實現的,如下圖所示。

 

 

為了方便理解可以結合一個存儲流程圖來說明一下:

總而言之,JDK1.8引入紅黑樹大程度優化了HashMap的性能,那麼對於實際應用來講保證HashSet集合元素的唯一,其實就是根據對象的hashCode和equals方法來決定的。如果我們往集合中存放自定義的對象,那麼保證其唯一,就必須覆寫hashCode和equals方法建立屬於當前對象的比較方式。

 

2.1 HashSet 存儲自定義類型元素

  給HashSet中存放自定義類型元素時,需要重寫對象中的hashCode和equals方法,建立自己的比較方式,才能保證HashSet集合中的對象唯一.

代碼:

// 創建自定義學生類

public class Student {
    private int age;
    private String name;
    private double score;

    public Student() {
    }

    public Student(int age, String name, double score) {
        this.age = age;
        this.name = name;
        this.score = score;
    }


// 重寫equal和hashCode方法,
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Student)) return false;
        Student student = (Student) o;
        return getAge() == student.getAge() &&
                Double.compare(student.getScore(), getScore()) == 0 &&
                Objects.equals(getName(), student.getName());
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(getAge(), getName(), getScore());
    }

// 重寫toString方法
@Override
  public String toString() {
        return "Student{" +
              "age=" + age +
              ", name='" + name + '\'' +
              ", score=" + score +
              '}'+"\n";
  }
// get, set 方法省略。

  

  創建測試類:

public class Demo15 {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建HashSet集合,接收自定義類型數據。
        HashSet<Student> hs = new HashSet<>();
        Student s1 = new Student(19,"王小石",99.2);
        Student s2 = new Student(20,"雷純",99.4);
        Student s6 = new Student(23,"戚少商",99.8);
        Student s3 = new Student(21,"溫柔",99.6);
        Student s4 = new Student(22,"白愁飛",99.1);
        Student s5 = new Student(23,"戚少商",99.8);
       

     // 將數據添加到HashSet集合當中。
        hs.add(s1);
        hs.add(s2);
        hs.add(s3);
        hs.add(s4);
        hs.add(s5);
        hs.add(s6);

        System.out.println(hs);        

  結果:


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