Java-中常见的数据结构

1、数据结构有什么作用?

当使用 Java 里面的容器类时,你有没有想过,怎么 ArrayList 就像一个无限扩充的数组,也好像链表之类的。很好使用,这就是数据结构的用处,只不过你在不知不觉中使用了。

数据结构内容比较多,细细的讲解也是相对费功夫的,不可能达到一蹴而就。我就将常见的数据结构:堆栈、队列、数组、链表和红黑树 给大家介绍一下,作为数据结构的入门,了解一下它们的特点即可。

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。

  • stack,又称堆栈,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。

    简单的说:采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:

  • 先进后出(存进去的元素,要在后它后面的元素依次取出后,才能取出该元素)。
  • 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。

需要注意的 2 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。

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(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)。
  • 队列的入口、出口各占一侧。
栈和队列的结构图:

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。

    简单的说,采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:

  • 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

    指定索引位置增加元素:需要创建一个新数组,将指定新元素存储在指定索引位置,再把原数组元素根据索引,复制到新数组对应索引的位置。

    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,复制到新数组对应索引的位置,原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。

    数组的结构示意图:

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i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,

    一个是存储下一个结点地址的指针域。

    链表结构有单向链表双向链表

    采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:

    • 多个结点之间,通过地址进行连接。
    • 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:

      • 增加元素:只需要修改连接下个元素的地址即可。
      • 删除元素:只需要修改连接下个元素的地址即可。

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。

    二叉树是每个节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”。

    结构示意图:

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。也就意味着,树的键值仍然是有序的。

红黑树的约束:
  1. 节点可以是红色的或者黑色的
  2. 根节点是黑色的
  3. 叶子节点(特指空节点)是黑色的
  4. 每个红色节点的子节点都是黑色的
  5. 任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同
红黑树的特点:

速度特别快,趋近平衡树,查找叶子元素最少和最多次数不多于二倍。

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