数据结构基础

Posted 2021-02-09 xjp-now

1.1 数据结构介绍

数据结构：数据用什么样的方式组合在一起。

1.2 常见的数据结构

数据存储的常用结构有：栈、队列、数组、链表和红黑树。

栈：

• 栈：stack，又称为堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作，不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作。

　　简单来说：采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点。

• 先进后出（即，存进去的元素，要在它后面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，子弹压进弹夹，先压进去的子弹在下面，后压进去的子弹在上面，

当开枪的时候，先弹出上面的子弹，然后才弹出下面的子弹。

• 栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top)，另一端为栈底(bottom)；栈底固定，而栈顶浮动；栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为压栈（PUSH），删除则称为弹栈（POP）

这里需要理解两个名词：

• 压栈：就是存元素。即，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
• 弹栈：就是取元素。即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。

代码：

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;
    }
     
    //压栈
    public void push(int value){
        if(top < size-1){
            array[++top] = value;
        }
    }
     
    //弹栈
    public int pop(){
        return array[top--];
    }
     
    //获取栈顶数据
    public int getTop(){
        return array[top];
    }
     
    //判断栈是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }
     
    //判断栈是否满了
    public boolean isFull(){
        return (top == size-1);
    }
     
 
}

　　代码测试：

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());
        }
         
    }
 
}

　　结果：

队列

• 队列：queue，简称队，它同堆栈一样，也是一种运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入，而在表的另一端进行删除。

简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

• 先进先出（即，存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，小火车过山洞，车头先进去，车尾后进去；车头先出来，车尾后出来。
• 队列的入口、出口各占一侧。例如，下图中的左侧为入口，右侧为出口。

数组

• 数组：Array，是有序的元素序列，数组是在内存中开辟一段连续的空间，并在此空间存放元素。就像是一排出租屋，有100个房间，从001到100每个房间都有固定编号，通过编号就可以快速找到租房子的人。

简单来说，采用该结构的集合，对元素的存取有以下特点：

• 查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素

• 增删元素慢：指定索引增加元素：需要创建一个新的数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再将原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置上

• 指定索引位置删除元素：需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应的索引位置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。

链表

• 链表：linked list，由一系列结点node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。我们常说的链表结构有单向链表与双向链表，那么这里给大家介绍的是单向链表。多个接地

简单来说，采用该结构的集合，对元素的存取有以下的特点：

• 多个结点之间，通过地址进行连接。例如，多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次类推，这样多个人就连在一起了。
• 查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素。
• 增删元素快：

红黑树

• 二叉树：binary tree ，是每个结点不超过2的有序树（tree）。

简单的理解，就是一种类似于我们生活中树的结构，只不过每个结点上都最多只能有两个子结点。

二叉树是每个结点最多有两个子树的树结构。顶上的叫根结点，两边被称作“左子树”和“右子树”。

 

 

我们要说的是二叉树的一种比较有意思的叫做红黑树，红黑树本身就是一颗二叉查找树，将节点插入后，该树仍然是一颗二叉查找树。如图：

红黑树可以通过红色节点和黑色节点尽可能的保证二叉树的平衡，从而来提高效率。

2.1 HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

　　什么是哈希表？

　　在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用数组处理冲突，同意hash值的链表都存储在一个数组内。但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

　　简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下图所示。

 

 

为了方便理解可以结合一个存储流程图来说明一下：

总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于实际应用来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

 

2.1 HashSet 存储自定义类型元素

　　给HashSet中存放自定义类型元素时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一.

代码：

// 创建自定义学生类

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;
    }


// 重写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());
    }

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

　　

　　创建测试类：

public class Demo15 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashSet集合，接收自定义类型数据。
        HashSet<Student> hs = new HashSet<>();
        Student s1 = new Student(19,"王小石",99.2);
        Student s2 = new Student(20,"雷纯",99.4);
        Student s6 = new Student(23,"戚少商",99.8);
        Student s3 = new Student(21,"温柔",99.6);
        Student s4 = new Student(22,"白愁飞",99.1);
        Student s5 = new Student(23,"戚少商",99.8);
       

     // 将数据添加到HashSet集合当中。
        hs.add(s1);
        hs.add(s2);
        hs.add(s3);
        hs.add(s4);
        hs.add(s5);
        hs.add(s6);

        System.out.println(hs);        

　　结果：