Java版常见数据结构与算法1 -- 数据结构 --线性表
2017-08-13 20:31
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前言
数据结构是以某种形式将数据组织在一起的集合,它不仅存储数据,还支持访问和处理数据的操作。算法是为求解一个问题需要遵循的、被清楚指定的简单指令的集合。
下面是自己整理的Java版常见数据结构与算法相关内容,数据结构和算法可复杂可多了,我介绍的是常见的哦,如有错误,欢迎指出。
为了便于描述,文中涉及到的代码部分都是用Java语言编写的,其实Java本身对常见的几种数据结构,线性表、栈、队列等都提供了较好的实现,就是我们经常用到的Java集合框架。
线性表
线性表是最常用且最简单的一种数据结构,它是n个数据元素的有限序列。实现线性表的方式一般有两种,一种是使用数组存储线性表的元素,即用一组连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。另一种是使用链表存储线性表的元素,即用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素(存储单元可以是连续的,也可以是不连续的)。
数组实现
数组是一种大小固定的数据结构,对线性表的所有操作都可以通过数组来实现。虽然数组一旦创建之后,它的大小就无法改变了,但是当数组不能再存储线性表中的新元素时,我们可以创建一个新的大的数组来替换当前数组。这样就可以使用数组实现动态的数据结构。代码1 创建一个更大的数组来替换当前数组
int[] oldArray = new int[10]; int[] newArray = new int[20]; for (int i = 0; i < oldArray.length; i++) { newArray[i] = oldArray[i]; } // 也可以使用System.arraycopy方法来实现数组间的复制 // System.arraycopy(oldArray, 0, newArray, 0, oldArray.length); oldArray = newArray;
代码2 在数组位置index上添加元素e
//oldArray 表示当前存储元素的数组 //size 表示当前元素个数 public void add(int index, int e) { if (index > size || index < 0) { System.out.println("位置不合法..."); } //如果数组已经满了 就扩容 if (size >= oldArray.length) { // 扩容函数可参考代码1 } for (int i = size - 1; i >= index; i--) { oldArray[i + 1] = oldArray[i]; } //将数组elementData从位置index的所有元素往后移一位 // System.arraycopy(oldArray, index, oldArray, index + 1,size - index); oldArray[index] = e; size++; }
上面简单写出了数组实现线性表的两个典型函数,具体我们可以参考Java里面的ArrayList集合类的源码。数组实现的线性表优点在于可以通过下标来访问或者修改元素,比较高效,主要缺点在于插入和删除的花费开销较大,比如当在第一个位置前插入一个元素,那么首先要把所有的元素往后移动一个位置。为了提高在任意位置添加或者删除元素的效率,可以采用链式结构来实现线性表。
链表
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列节点组成,这些节点不必在内存中相连。每个节点由数据部分Data和链部分Next,Next指向下一个节点,这样当添加或者删除时,只需要改变相关节点的Next的指向,效率很高。下面主要用代码来展示链表的一些基本操作,需要注意的是,这里主要是以单链表为例,暂时不考虑双链表和循环链表。
代码3 链表的节点
class Node<E> { E item; Node<E> next; //构造函数 Node(E element) { this.item = element; this.next = null; } }
代码4 定义好节点后,使用前一般是对头节点和尾节点进行初始化
//头节点和尾节点都为空 链表为空 Node<E> head = null; Node<E> tail = null;
代码5 空链表创建一个新节点
//创建一个新的节点 并让head指向此节点 head = new Node("nodedata1"); //让尾节点也指向此节点 tail = head;
代码6 链表追加一个节点
//创建新节点 同时和最后一个节点连接起来 tail.next = new Node("node1data2"); //尾节点指向新的节点 tail = tail.next;
代码7 顺序遍历链表
Node<String> current = head; while (current != null) { System.out.println(current.item); current = current.next; }
代码8 倒序遍历链表
static void printListRev(Node<String> head) { //倒序遍历链表主要用了递归的思想 if (head != null) { printListRev(head.next); System.out.println(head.item); } }
代码 单链表反转
//单链表反转 主要是逐一改变两个节点间的链接关系来完成 static Node<String> revList(Node<String> head) { if (head == null) { return null; } Node<String> nodeResult = null; Node<String> nodePre = null; Node<String> current = head; while (current != null) { Node<String> nodeNext = current.next; if (nodeNext == null) { nodeResult = current; } current.next = nodePre; nodePre = current; current = nodeNext; } return nodeResult; }
上面的几段代码主要展示了链表的几个基本操作,还有很多像获取指定元素,移除元素等操作大家可以自己完成,写这些代码的时候一定要理清节点之间关系,这样才不容易出错。
链表的实现还有其它的方式,常见的有循环单链表,双向链表,循环双向链表。 循环单链表 主要是链表的最后一个节点指向第一个节点,整体构成一个链环。 双向链表 主要是节点中包含两个指针部分,一个指向前驱元,一个指向后继元,JDK中LinkedList集合类的实现就是双向链表。 循环双向链表 是最后一个节点指向第一个节点。
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