数据结构 java

数据结构 java

本文整理了编程开发中遇到的数据结构方面的知识，适合初步接触数据结构的读者阅读

数组

可以快速读取和修改数组下标位置存储的元素值(这时候不需要做比较，只需要找到对应的下标即可完成访问)，数组中是不允许有“洞”的，即数组中不允许含有空的位置，我们一般创建数组的时候，需要初始化数组中的元素，或者元素个数，在只初始化元素个数的时候，java语言会为每个数组元素赋默认值。java语言中数组的元素个数是固定，为此提供了ArrayList类对数组进行了扩展。

链表

链表是利用引用的方式，把元素串联起来，在前一个元素中包含对后一个元素的引用，形成了链表结构，这时候的链表叫做单链表，再单链表的基础上新增最后一个元素的引用，形成的链表结构叫做双端链表，双端链表除了可以快速读取最后一个元素外，并没有其他实际的作用，更像是为了引入双向链表的概念，在双端链表的基础上，后一个元素包含前一个元素的因引用，形成的链表结构叫做双向链表，双向链表解决了单链表不能向前查找的缺陷，但也使得编程更加复杂。java中提供的链表实现是LinkedList(基于双向链表实现)。

数组和链表的比较

在空间上：数组是内存中连续存储的，大小固定，结构上不灵活，对内存的利用率低，除非你能清楚数组的准确大小，否则必有浪费。链表是不连续存储的，可以很好的利用内存，但是需要存储链接的引用，所以单个元素的内存开销上要比数组大。

在时间上：数组因为是连续存储的，所有读取速度快，但是插入和删除很慢，因为需要移动数据以防止出现“洞”(为了保存数组的连续特性，连续特性保证了数组的核心价值，即读取速度快)，链表读取速度慢，因为需要做比较，但是插入和删除比数组快，因为不需要移动元素，只需要维护其中的向前和向后引用即可。

简单排序

冒泡排序：冒泡行为i-1次，双层for循环实现，外层i-1次标记未排序元素，内层循环j次标记已排序元素，相邻元素两两向前比较交换，直到找到相应顺序位置为止。

选择排序：遍历未排序元素，找到最大的或者最小的，放在已排序元素末尾，循环此过程，双层for循环实现，外层n-1次标记未排序元素，内层循环j次查找未排序元素中哪个最大或者最小，放在已排序元素末尾。

插入排序：遍历未排序元素，插入已排序元素中间的指定位置，循环此过程，插入排序是冒泡排序的优化，双层for玄幻，外层n-1次标记未排序元素，内层循环j次把元素插入到已排序元素中间的指定位置

简单排序比较：冒泡排序最差，选择排序在冒泡排序的基础上交换次数少了，比较次数一样，插入排序的比较次数是冒泡排序的一半，交换次数和比较次数相当，插入排序比冒泡排序快一倍，比选择排序略快(这是指需要排序的元素非常大的情况下，如果采用java实现，数据量较小的情况下，采用选择排序更快，因为元素交换比元素比较的开发大的多)。如果是完全乱序，且数据量较小建议使用选择排序，如果是基本有序，或者数据量超过100万，建议使用插入排序。

抽象数据类型(栈和队列)

栈：先进后出

队列：先进先出，java提供的队列Queue(同步阻塞队列ConcurrentLinkedQueue，同步非阻塞队列BlockingQueue)，优先级队列PriorityQueue和双端队列Deque，一般使用Deque实现栈(弃用Stack，不推荐使用)。

这里介绍两个概念

同步、异步：同步是指主调函数等待被调函数返回，异步是指主调函数不等待，继续执行，被调函数执行完后通知主调函数执行结果。同步异步是从调用者是否等待来考虑的。

阻塞、非阻塞：阻塞是指被调函数不满足条件的时候不返回，满足情况的时候才返回。非阻塞是指被调函数不管满不满足条件都返回。阻塞非阻塞是从被调用者是否能及时返回结果的能力来考虑的。

迭代器

迭代器接口要求实现其的类必须提供三种方法：

hasNext()：遍历过程中，判断是否还有下一个元素。(从Collection对象的第一个元素开始)

next()：遍历该元素。(即取出下一个元素)

remove()：移除刚刚遍历过的元素(用该方法在迭代过程中中删除符合条件的元素非常快速)

java中的集合大部分都实现了Iterator接口，可以很方便的进行迭代过程。

递归

递归方法的特性：1、调用自身。2、当它调用自身的时候，它这样做是为了解决更小的问题。3、存在某个足够简单的问题的层次，在这一层算法不需要调用自身就可以直接解答，返回结果。(递归需要消耗方法调用栈的空间和时间，可以采用循环的方式消除递归，可以加快程序的运行速度，但一般情况下不需要这么做，除非递归的层级非常多)

分治算法

把一个大问题，分解成两个相对较小的问题，并且分别解决每一个较小的问题，对每一个较小的问题采用同样的方法，分解成两个更小的问题，并且解决它们，这个过程一直持续下去知道易于求解的基值情况，就不用再分了。分治算法一般采用递归的方式实现。

高级排序

希尔排序：希尔排序是基于插入排序的升级版本，一般项目在初始阶段都可以采用希尔排序，因为它足够简单，但是希尔排序不是效率是变动的。因为该算法的效率受间隔算法的影响。希尔排序通过逐渐变小的元素间隔使元素逐渐有序，直到最终有序为止，推荐使用的元素间隔为(h - 1)/3，h为元素个数，元素通过这个间隔进行排序，直到元素间隔为1为止，这是最后一次排序，之后会得到完整的排序后的元素集合。

快速排序：快速排序是最流行的排序算法，因为有充足的理由相信，在大多数情况下，快速排序都是最快的。建议快速排序采用三数据项取中法(最左，中间，最右)来决定分割枢纽，并在元素个数<=9的子分隔中采用插入排序，可以更好的实现快速排序算法。在快速排序中枢纽一般存储在最右侧，然后划分整个数组，在左边寻找大于枢纽的，在右边寻找小于枢纽的，找到后交换它们的位置，直到左边找到的元素值，大于后边找到的元素值(这时候左边位置标记在大于枢纽的元素集合的左侧第一个位置，右边位置标记在小于枢纽的元素集合的右侧第一个位置，也有可能相同，这时候元素值等于枢纽值)，交换左边找到的元素和枢纽元素的位置，完成一个划分过程，重复此分治划分的过程，直到整个元素集合有序。