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java常用資料結構有哪些

青灯夜游
發布: 2023-01-13 00:40:09
原創
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java資料結構有:1、陣列;2、鍊錶,一種遞歸的資料結構;3、棧,依照「後進先出」、「先進後出」的原則來儲存資料;4、隊列;5、樹,是由n(n>0)個有限節點組成的一個具有層次關係的集合;6、堆;7、圖;8、哈希表。

java常用資料結構有哪些

本教學操作環境:windows7系統、java8版、DELL G3電腦。

Java常見資料結構

#這 8 種資料結構有什麼差別呢?

①、陣列

優點:

  • 依照索引查詢元素的速度很快;

  • 依照索引遍歷陣列也很方便。

缺點:

  • 陣列的大小在建立後就確定了,無法擴容;

  • 陣列只能儲存一種類型的資料;

新增、刪除元素的操作很耗時間,因為要移動其他元素。

②、鍊錶

  • #《演算法(第4 版)》一書中是這樣定義鍊錶的:

    鍊錶是一種遞歸的資料結構,它或是為空(null),或是指向一個結點(node)的引用,該節點還有一個元素和一個指向另一個鍊錶的引用。

    Java 的LinkedList 類別可以很形像地透過程式碼的形式來表示一個鍊錶的結構:

public class LinkedList<E> {
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;

    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
}
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  • 這是一種雙向鍊錶,目前元素item 既有prev 又有next,不過first 的prev 為null,last 的next 為null。如果是單向鍊錶的話,就只有 next,沒有 prev。

由於不必按照順序的方式存儲,鍊錶在插入、刪除的時候可以達到O(1) 的時間複雜度(只需要重新指向引用即可,不需要像陣列那樣移動其他元素)。除此之外,鍊錶也克服了陣列必須預先知道資料大小的缺點,從而可以實現靈活的記憶體動態管理。

優點:

  • 不需要初始化容量;

  • 可以加入任意元素;

  • 插入和刪除的時候只需要更新引用。

缺點:

  • 含有大量的引用,佔用的記憶體空間大;

  • 查找元素需要遍歷整個鍊錶,耗時。

③、堆疊

#堆疊就好像水桶一樣,底部是密封的,頂部是開口,水可以進可以出。用過水桶的小夥伴應該要明白這樣一個道理:先進去的水在桶的底部,後進去的水在桶的頂部;後進去的水先被倒出來,先進去的水後被倒出來。

同理,堆疊依照「後進先出」、「先進後出」的原則來儲存數據,先插入的數據被壓入棧底,後插入的數據在棧頂,讀出數據的時候,從棧頂開始依序讀出。

④、佇列

#佇列就好像一段水管一樣,兩端都是開口的,水從一端進去,然後從另外一端出來。先進去的水先出來,然後進去的水再出來。

和水管有些不同的是,隊列會對兩端進行定義,一端叫隊頭,另外一端就叫隊尾。隊頭只允許刪除操作(出隊),隊尾只允許插入操作(入隊)。

⑤、樹

#樹是典型的非線性結構,它是由n (n>0)個有限節點組成的一個具有層次關係的集合。

之所以叫“樹”,是因為這種資料結構看起來就像是一個倒掛的樹,只不過根在上,葉在下。樹狀資料結構有以下這些特點:

  • 每個節點都只有有限個子節點或無子節點;

  • ##沒有父節點的節點稱為根節點;

  • 每一個非根節點有且只有一個父節點;

  • 除了根節點外,每個子節點可分為多個不相交的子樹。

下圖展示了樹的一些術語:

 

 

 

基於二元查找樹的特點,它相比較於其他資料結構的優勢就在於尋找、插入的時間複雜度較低,為O(logn)。假如我們要從上圖找5 個元素,先從根節點7 開始找,5 必定在7 的左側,找到4,那5 必定在4 的右側,找到6,那5 必定在6 的左側,找到了。

理想情況下,透過 BST 找出節點,所需檢查的節點數可以減半。

平衡二元樹:當且僅當任何節點的兩棵子樹的高度差不大於 1 的二元樹。由前蘇聯的數學家 Adelse-Velskil 和 Landis 在 1962 年提出的高度平衡的二元樹,根據科學家的英文名字也稱為 AVL 樹。

平衡二元樹本質上也是一顆二元查找樹,不過為了限制左右子樹的高度差,避免出現傾斜樹等偏向於線性結構演化的情況,所以對二叉搜尋樹中每個節點的左右子樹作了限制,左右子樹的高度差稱為平衡因子,樹中每個節點的平衡因子絕對值不大於1。

平衡二元樹的困難在於,當刪除或增加節點的情況下,如何透過左旋或右旋的方式來保持左右平衡。

Java 中最常見的平衡二元樹是紅黑樹,節點是紅色或黑色,透過顏色的限制來維持著二元樹的平衡:

1)每個節點都只能是紅色或黑色

2)根節點是黑色

3)每個葉節點(NIL 節點,空節點)是黑色的。

4)如果一個節點是紅色的,則它兩個子節點都是黑色的。也就是說一條路徑上不能出現相鄰的兩個紅色節點。

5)從任一節點到其每個葉子的所有路徑都包含相同數目的黑色節點。

 

⑥、堆

#堆可以被看做是一棵樹的陣列對象,具有以下特點:

  • 堆中某個節點的值總是不大於或不小於其父節點的值;

  • ##堆總是一棵完全二元樹。

將根節點最大的堆叫做最大堆或大根堆,根節點最小的堆叫做最小堆或小根堆。

 

 

在線性結構中,資料元素之間滿足唯一的線性關係,每個資料元素(除第一個和最後一個外)均有唯一的「前驅」與「後繼」;

在樹狀結構中,資料元素之間有著明顯的層次關係,且每個資料元素只與上一層中的一個元素(父節點)及下一層的多個元素(子節點)相關;

而在圖形結構中,節點之間的關係是任意的,圖中任兩個資料元素之間都有可能相關。

⑧、哈希表

哈希表(Hash Table),也叫散列表,是一種可以透過關鍵碼值(key-value)直接存取的資料結構,它最大的特點就是可以快速實現查找、插入和刪除。

陣列的最大特點是尋找容易,插入和刪除困難;而鍊錶正好相反,尋找困難,而插入和刪除容易。哈希表很完美地結合了兩者的優點, Java 的 HashMap 在此基礎上也加入了樹的優點。

 

#雜湊函數在雜湊表中起⾮常關鍵的作⽤,它可以把任意長度的輸入轉換成固定長度的輸出,該輸出就是哈希值。雜湊函數使得一個資料序列的存取過程變得更加迅速有效,透過雜湊函數,資料元素能夠被很快的進行定位。

若關鍵字為 k,則其值存放在 

hash(k) 的儲存位置。由此,不需要遍歷就可以直接取得 k 對應的值。

對於任意兩個不同的資料區塊,其雜湊值相同的可能性極小,也就是說,對於一個給定的資料區塊,找到和它雜湊值相同的資料區塊極為困難。再者,對於一個資料區塊,即使只改動它的一個位元,其雜湊值的改變也會非常的大——這正是 Hash 存在的價值!

儘管可能性極小,但仍然會發生,如果雜湊衝突了,Java 的HashMap 會在陣列的同一個位置上增加鍊錶,如果鍊錶的長度大於8,將會轉換成紅黑樹進行處理-這就是所謂的拉鍊法(陣列鍊錶)。

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