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數據結構

數據結構有什麼用？

當你用着java裏面的容器類很爽的時候，你有沒有想過，怎麼ArrayList就像一個無限擴充的數組，也好像鏈表之類的。好用嗎？好用，這就是數據結構的用處，只不過你在不知不覺中使用了。

現實世界的存儲，我們使用的工具和建模。每種數據結構有自己的優點和缺點，想想如果Google的數據用的是數組的存儲，我們還能方便地查詢到所需要的數據嗎？而算法，在這麼多的數據中如何做到最快的插入，查找，刪除，也是在追求更快。

常見的數據結構

數據存儲的常用結構有：棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹。我們分別來了解一下：

棧

• 棧：stack,又稱堆棧，它是運算受限的線性表，其限制是僅允許在標的一端進行插入和刪除操作，不允許在其他任何位置進行添加、查找、刪除等操作。

簡單的說：採用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點

• 先進後出（即，存進去的元素，要在後它後面的元素依次取出後，才能取出該元素）。例如，子彈壓進彈夾，先壓進去的子彈在下面，後壓進去的子彈在上面，當開槍時，先彈出上面的子彈，然後才能彈出下面的子彈。

• 棧的入口、出口的都是棧的頂端位置。
  

這裏兩個名詞需要注意：

• 壓棧：就是存元素。即，把元素存儲到棧的頂端位置，棧中已有元素依次向棧底方向移動一個位置。
• 彈棧：就是取元素。即，把棧的頂端位置元素取出，棧中已有元素依次向棧頂方向移動一個位置。

隊列

• 隊列：queue,簡稱隊，它同堆棧一樣，也是一種運算受限的線性表，其限制是僅允許在表的一端進行插入，而在表的另一端進行刪除。

簡單的說，採用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：

• 先進先出（即，存進去的元素，要在後它前面的元素依次取出後，才能取出該元素）。例如，小火車過山洞，車頭先進去，車尾後進去；車頭先出來，車尾後出來。
• 隊列的入口、出口各佔一側。例如，下圖中的左側爲入口，右側爲出口。
  

數組

• 數組:Array,是有序的元素序列，數組是在內存中開闢一段連續的空間，並在此空間存放元素。就像是一排出租屋，有100個房間，從001到100每個房間都有固定編號，通過編號就可以快速找到租房子的人。

簡單的說,採用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：

• 查找元素快：通過索引，可以快速訪問指定位置的元素

• 增刪元素慢

• 指定索引位置增加元素：需要創建一個新數組，將指定新元素存儲在指定索引位置，再把原數組元素根據索引，複製到新數組對應索引的位置。如下圖：
  

• 指定索引位置刪除元素：需要創建一個新數組，把原數組元素根據索引，複製到新數組對應索引的位置，原數組中指定索引位置元素不復制到新數組中。如下圖

鏈表

• 鏈表:linked list,由一系列結點node（鏈表中每一個元素稱爲結點）組成，結點可以在運行時i動態生成。每個結點包括兩個部分：一個是存儲數據元素的數據域，另一個是存儲下一個結點地址的指針域。我們常說的鏈表結構有單向鏈表與雙向鏈表，那麼這裏給大家介紹的是單向鏈表。

簡單的說，採用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：

• 多個結點之間，通過地址進行連接。例如，多個人手拉手，每個人使用自己的右手拉住下個人的左手，依次類推，這樣多個人就連在一起了。

• 查找元素慢：想查找某個元素，需要通過連接的節點，依次向後查找指定元素

• 增刪元素快：

  • 增加元素：只需要修改連接下個元素的地址即可。
  • 刪除元素：只需要修改連接下個元素的地址即可。

紅黑樹

• 二叉樹：binary tree ,是每個結點不超過2的有序樹（tree） 。

簡單的理解，就是一種類似於我們生活中樹的結構，只不過每個結點上都最多隻能有兩個子結點。

二叉樹是每個節點最多有兩個子樹的樹結構。頂上的叫根結點，兩邊被稱作“左子樹”和“右子樹”。

如圖：

我們要說的是二叉樹的一種比較有意思的叫做紅黑樹，紅黑樹本身就是一顆二叉查找樹，將節點插入後，該樹仍然是一顆二叉查找樹。也就意味着，樹的鍵值仍然是有序的。

紅黑樹的約束:

1. 節點可以是紅色的或者黑色的

2. 根節點是黑色的

3. 葉子節點(特指空節點)是黑色的

4. 每個紅色節點的子節點都是黑色的

5. 任何一個節點到其每一個葉子節點的所有路徑上黑色節點數相同

紅黑樹的特點:

​ 速度特別快,趨近平衡樹,查找葉子元素最少和最多次數不多於二倍