从这里开始将要进行Java数据结构的相关讲解，Are you ready？Let‘s go~~
java中的数据结构模型可以分为一下几部分:
1.线性结构
2.树形结构
3.图形或者网状结构
接下来的几张，我们将会分别讲解这几种数据结构，主要也是通过Java代码的方式来讲解相应的数据结构。
今天要讲解的是:Java线性结构
Java数据结构之线性结构
说到线性结构的话，我们可以根据其实现方式分为三类:
1）顺序结构的线性表
2）链式结构的线性表
3）栈和队列的线性表
1、顺序结构的线性表
所谓顺序存储，指的是两个元素在物理上的存储地址和逻辑上的存储地址是一致的,逻辑上相邻的两个元素，它们在物理中存储的地址
也是相邻的。对于jdk中典型的应用就是List接口的实现类ArrayList和Vector（它们两个的区别在于是否是线程同步的）。
如果感兴趣可以查看它们的源代码，下面我们以数组为例，来模仿一下它们...
package com.yonyou.test;
import java.util.Arrays;
/**
* 测试类
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
*/
public class Test
{
public static void main(String[] args) {
SequenceList<String> list=new SequenceList<String>();
System.out.println("线性表的初始化长度为:"+list.length());
list.add("Hello");
list.add("World");
list.add("天下太平");
System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
list.remove();
System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
System.out.println("当前元素线性表是否为空:"+list.empty());
}
}
/**
* 创建一个线性链表
* 注意这个类是线程不安全的，在多线程下不要使用
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
* @param <T>
*/
class SequenceList<T>
{
//数组的默认初始化长度
private int DEFAULT_SIZE = 10;
// 保存数组的长度。
private int capacity;
// 定义一个数组用于保存顺序线性表的元素
private Object[] elementData;
// 保存顺序表中元素的当前个数
private int size = 0;
// 以默认数组长度创建空顺序线性表
public SequenceList()
{
capacity = DEFAULT_SIZE;
elementData = new Object[capacity];
}
// 以一个初始化元素来创建顺序线性表
public SequenceList(T element)
{
this();
elementData[0] = element;
size++;
}
/**
* 以指定长度的数组来创建顺序线性表
* @param element 指定顺序线性表中第一个元素
* @param initSize 指定顺序线性表底层数组的长度
*/
public SequenceList(T element , int initSize)
{
capacity = 1;
// 把capacity设为大于initSize的最小的2的n次方
while (capacity < initSize)
{
capacity <<= 1;
}
elementData = new Object[capacity];
elementData[0] = element;
size++;
}
/**
* 获取顺序线性表的大小
* @return
*/
public int length()
{
return size;
}
/**
* 获取顺序线性表中索引为i处的元素
* @param i
* @return
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public T get(int i)
{
if (i < 0 || i > size - 1)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
return (T)elementData[i];
}
/**
* 查找顺序线性表中指定元素的索引
* @param element
* @return
*/
public int locate(T element)
{
for (int i = 0 ; i < size ; i++)
{
if (elementData[i].equals(element))
{
return i;
}
}
return -1;
}
/**
* 向顺序线性表的指定位置插入一个元素。
* @param element
* @param index
*/
private void insert(T element , int index)
{
if (index < 0 || index > size)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
ensureCapacity(size + 1);
// 将index处以后所有元素向后移动一格。
System.arraycopy(elementData , index , elementData
, index + 1 , size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
/**
* 在线性顺序表的开始处添加一个元素。
* @param element
*/
public void add(T element)
{
insert(element , size);
}
/**
* 扩充底层数组长度，很麻烦，而且性能很差
* @param minCapacity
*/
private void ensureCapacity(int minCapacity)
{
// 如果数组的原有长度小于目前所需的长度
if (minCapacity > capacity)
{
// 不断地将capacity * 2，直到capacity大于minCapacity为止
while (capacity < minCapacity)
{
capacity <<= 1;
}
elementData = Arrays.copyOf(elementData , capacity);
}
}
/**
* 删除顺序线性表中指定索引处的元素
* @param index
* @return
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
private T delete(int index)
{
if (index < 0 || index > size - 1)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
T oldValue = (T)elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
{
System.arraycopy(elementData , index+1
, elementData, index , numMoved);
}
// 清空最后一个元素
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
/**
* 删除顺序线性表中最后一个元素
* @return
*/
public T remove()
{
return delete(size - 1);
}
/**
* 判断顺序线性表是否为空表
* @return
*/
public boolean empty()
{
return size == 0;
}
/**
* 清空线性表
*/
public void clear()
{
// 将底层数组所有元素赋为null
Arrays.fill(elementData , null);
size = 0;
}
/**
* 重写toString
*/
public String toString()
{
if (size == 0)
{
return "[]";
}
else
{
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (int i = 0 ; i < size ; i++ )
{
sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
}
}
}
具体的讲解这里就不说了，还是那句话，如果感兴趣可以查看相关源代码。
2、链式结构的线性表
链式存储结构的线性表是相对于顺序结构的线性表而言的。对于链式存储的线性表，其中各个元素的物理地址和逻辑地址是不确定的。
也就是说逻辑上相邻的两个元素，他们在物理上不一定是相邻的。
在Java的jdk中典型的应用就是List接口下面的LinkedList（线程不安全，多线程下不要使用），如果感兴趣的可以查看相关源代码。
这里仅仅简单的模仿一下。
首先模仿的是单链表:
package com.yonyou.test;
/**
* 测试类
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
*/
public class Test
{
public static void main(String[] args) {
LinkList<String> list=new LinkList<String>();
System.out.println("线性表的初始化长度为:"+list.length());
list.add("Hello");
list.add("World");
list.add("天下太平");
System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
list.remove();
System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
System.out.println("当前元素线性表是否为空:"+list.empty());
}
}
/**
* 创建一个链式线性表
* 注意这个类是线程不安全的，在多线程下不要使用
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
* @param <T>
*/
class LinkList<T>
{
/**定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点。
*
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
*/
private class Node
{
// 保存节点的数据
private T data;
// 指向下个节点的引用
private Node next;
// 无参数的构造器
@SuppressWarnings("unused")
public Node()
{
}
// 初始化全部属性的构造器
public Node(T data , Node next)
{
this.data = data;
this.next = next;
}
}
// 保存该链表的头节点
private Node header;
// 保存该链表的尾节点
private Node tail;
//保存该链表中已包含的节点数
private int size;
/**
* 创建空链表
*/
public LinkList()
{
// 空链表，header和tail都是null
header = null;
tail = null;
}
/**
* 以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
* @param element
*/
public LinkList(T element)
{
header = new Node(element , null);
// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
tail = header;
size++;
}
/**
* 返回链表的长度
* @return
*/
public int length()
{
return size;
}
/**
* 获取链式线性表中索引为index处的元素
* @param index
* @return
*/
public T get(int index)
{
return getNodeByIndex(index).data;
}
// 根据索引index获取指定位置的节点
private Node getNodeByIndex(int index)
{
if (index < 0 || index > size - 1)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
// 从header节点开始
Node current = header;
for (int i = 0 ; i < size && current != null
; i++ , current = current.next)
{
if (i == index)
{
return current;
}
}
return null;
}
/**
* 查找链式线性表中指定元素的索引
* @param element
* @return
*/
public int locate(T element)
{
// 从头节点开始搜索
Node current = header;
for (int i = 0 ; i < size && current != null
; i++ , current = current.next)
{
if (current.data.equals(element))
{
return i;
}
}
return -1;
}
/** 向线性链式表的指定位置插入一个元素。
*
* @param element
* @param index
*/
public void insert(T element , int index)
{
if (index < 0 || index > size)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
// 如果还是空链表
if (header == null)
{
add(element);
}
else
{
// 当index为0时，也就是在链表头处插入
if (index == 0)
{
addAtHeader(element);
}
else
{
// 获取插入点的前一个节点
Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
// 让prev的next指向新节点，
// 让新节点的next引用指向原来prev的下一个节点。
prev.next = new Node(element , prev.next);
size++;
}
}
}
/**
* 采用尾插法为链表添加新节点。
* @param element
*/
public void add(T element)
{
// 如果该链表还是空链表
if (header == null)
{
header = new Node(element , null);
// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
tail = header;
}
else
{
// 创建新节点
Node newNode = new Node(element , null);
// 让尾节点的next指向新增的节点
tail.next = newNode;
// 以新节点作为新的尾节点
tail = newNode;
}
size++;
}
/**采用头插法为链表添加新节点。
*
* @param element
*/
private void addAtHeader(T element)
{
// 创建新节点，让新节点的next指向原来的header
// 并以新节点作为新的header
header = new Node(element , header);
// 如果插入之前是空链表
if (tail == null)
{
tail = header;
}
size++;
}
/**
* 删除链式线性表中指定索引处的元素
* @param index
* @return
*/
public T delete(int index)
{
if (index < 0 || index > size - 1)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
Node del = null;
// 如果被删除的是header节点
if (index == 0)
{
del = header;
header = header.next;
}
else
{
// 获取删除点的前一个节点
Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
// 获取将要被删除的节点
del = prev.next;
// 让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点。
prev.next = del.next;
// 将被删除节点的next引用赋为null.
del.next = null;
}
size--;
return del.data;
}
/**
* 删除链式线性表中最后一个元素
* @return
*/
public T remove()
{
return delete(size - 1);
}
/**
* 判断链式线性表是否为空表
* @return
*/
public boolean empty()
{
return size == 0;
}
/**
* 清空线性表
*/
public void clear()
{
// header、tail赋为null
header = null;
tail = null;
size = 0;
}
/**
* 重写toString方法
*/
public String toString()
{
// 链表为空链表时
if (empty())
{
return "[]";
}
else
{
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (Node current = header ; current != null
; current = current.next )
{
sb.append(current.data.toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
}
}
}
其次模仿的是循环链表（即将链表的尾节点的next指向头节点）
具体代码就不写了，感兴趣的可以自己写写看，也不难...主要就是注意设置和维护下面这条语句
tail.next=header;
最后要讲解的双向链表的内容（相对于单链表而言,每个节点不仅有一个next，而且有一个指向前一个元素的pre）
具体的内容请参考下面的代码:
package com.yonyou.test;
/**
* 测试类
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
*/
public class Test
{
public static void main(String[] args) {
DoubleLinkList<String> list=new DoubleLinkList<String>();
System.out.println("线性表的初始化长度为:"+list.length());
list.add("Hello");
list.add("World");
list.add("天下太平");
System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
list.remove();
System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
System.out.println("当前元素线性表是否为空:"+list.empty());
}
}
/**
* 创建一个双向链式线性表
* 注意这个类是线程不安全的，在多线程下不要使用
* @author 小浩
* @创建日期 2015-3-20
* @param <T>
*/
class DoubleLinkList<T>
{
// 定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点。
private class Node
{
// 保存节点的数据
private T data;
// 指向上个节点的引用
private Node prev;
// 指向下个节点的引用
private Node next;
// 无参数的构造器
public Node()
{
}
// 初始化全部属性的构造器
public Node(T data , Node prev , Node next)
{
this.data = data;
this.prev = prev;
this.next = next;
}
}
// 保存该链表的头节点
private Node header;
// 保存该链表的尾节点
private Node tail;
// 保存该链表中已包含的节点数
private int size;
/**
* 创建空链表
*/
public DoubleLinkList()
{
// 空链表，header和tail都是null
header = null;
tail = null;
}
/**
* 以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
* @param element
*/
public DoubleLinkList(T element)
{
header = new Node(element , null , null);
// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
tail = header;
size++;
}
/**
* 返回链表的长度
* @return
*/
public int length()
{
return size;
}
/**
* 获取链式线性表中索引为index处的元素
* @param index
* @return
*/
public T get(int index)
{
return getNodeByIndex(index).data;
}
/**根据索引index获取指定位置的节点
*
* @param index
* @return
*/
private Node getNodeByIndex(int index)
{
if (index < 0 || index > size - 1)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
if (index <= size / 2)
{
// 从header节点开始
Node current = header;
for (int i = 0 ; i <= size / 2 && current != null
; i++ , current = current.next)
{
if (i == index)
{
return current;
}
}
}
else
{
// 从tail节点开始搜索
Node current = tail;
for (int i = size - 1 ; i > size / 2 && current != null
; i++ , current = current.prev)
{
if (i == index)
{
return current;
}
}
}
return null;
}
/**
* 查找链式线性表中指定元素的索引
* @param element
* @return
*/
public int locate(T element)
{
// 从头节点开始搜索
Node current = header;
for (int i = 0 ; i < size && current != null
; i++ , current = current.next)
{
if (current.data.equals(element))
{
return i;
}
}
return -1;
}
/**
* 向线性链式表的指定位置插入一个元素。
* @param element
* @param index
*/
public void insert(T element , int index)
{
if (index < 0 || index > size)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
// 如果还是空链表
if (header == null)
{
add(element);
}
else
{
// 当index为0时，也就是在链表头处插入
if (index == 0)
{
addAtHeader(element);
}
else
{
// 获取插入点的前一个节点
Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
// 获取插入点的节点
Node next = prev.next;
// 让新节点的next引用指向next节点，prev引用指向prev节点
Node newNode = new Node(element , prev , next);
// 让prev的next指向新节点。
prev.next = newNode;
// 让prev的下一个节点的prev指向新节点
next.prev = newNode;
size++;
}
}
}
/**
* 采用尾插法为链表添加新节点。
* @param element
*/
public void add(T element)
{
// 如果该链表还是空链表
if (header == null)
{
header = new Node(element , null , null);
// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
tail = header;
}
else
{
// 创建新节点,新节点的pre引用指向原tail节点
Node newNode = new Node(element , tail , null);
// 让尾节点的next指向新增的节点
tail.next = newNode;
// 以新节点作为新的尾节点
tail = newNode;
}
size++;
}
/**
* 采用头插法为链表添加新节点。
* @param element
*/
public void addAtHeader(T element)
{
// 创建新节点，让新节点的next指向原来的header
// 并以新节点作为新的header
header = new Node(element , null , header);
// 如果插入之前是空链表
if (tail == null)
{
tail = header;
}
size++;
}
/**
* 删除链式线性表中指定索引处的元素
* @param index
* @return
*/
public T delete(int index)
{
if (index < 0 || index > size - 1)
{
throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
Node del = null;
// 如果被删除的是header节点
if (index == 0)
{
del = header;
header = header.next;
// 释放新的header节点的prev引用
header.prev = null;
}
else
{
// 获取删除点的前一个节点
Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
// 获取将要被删除的节点
del = prev.next;
// 让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点。
prev.next = del.next;
// 让被删除节点的下一个节点的prev指向prev节点。
if (del.next != null)
{
del.next.prev = prev;
}
// 将被删除节点的prev、next引用赋为null.
del.prev = null;
del.next = null;
}
size--;
return del.data;
}
/**
* 删除链式线性表中最后一个元素
* @return
*/
public T remove()
{
return delete(size - 1);
}
/**
* 判断链式线性表是否为空链表
* @return
*/
public boolean empty()
{
return size == 0;
}
/**
* 清空线性表
*/
public void clear()
{
// 将底层数组所有元素赋为null
header = null;
tail = null;
size = 0;
}
/**
* 重写toString方法
*/
public String toString()
{
// 链表为空链表时
if (empty())
{
return "[]";
}
else
{
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (Node current = header ; current != null
; current = current.next )
{
sb.append(current.data.toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
}
}
public String reverseToString()
{
// 链表为空链表时
if (empty())
{
return "[]";
}
else
{
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (Node current = tail ; current != null
; current = current.prev )
{
sb.append(current.data.toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
}
}
}
由于篇幅的限制，对于线性结构中的栈和队列的讲解，请看下一篇博客~~~
时间： 2024-11-03 21:03:36