常见数据结构分析及实现
说明
- 本文中的代码是参考《Java编程思想》、某培训机构。
- 文中的代码放Github了，有兴趣的可以看看，点歌star鼓励下我。
- 代码在Sublime中敲的，坑爹的GBK，注释了很多中文，一转码不能用了！！！
- 重点在思想，而不是实现 。再次推荐《Java编程思想》。
1、数据结构
编程的本质就是对数据(信息以数据的形式而存在)的处理，实际编程中不得不处理大量数据，因此实际动手编程之前必须先分析处理这些数据，处理数据之间存在的关系。
现实的数据元素之间有个错综复杂的逻辑关系，需要采用合适的物理结构来存储这些数据，并以此为基础对这些数据进行相应的操作。同时还要分析这些数据结构在时间和空间上的开销。这种专门研究应用程序中的数据之间的逻辑关系，存储方式及其操作的学问就是数据结构。
数据元素之间存在的关联关系被称为数据的逻辑结构,归纳起来，大致有如下四种基本的逻辑结构：
- 集合：数据元素之间只有"同属于一个集合"的关系
- 线性关系：数据元素之间存在一个对一个的关系
- 树形结构：数据元素之间存在一个对多个的关系
- 图状结构或网状结构：数据元素之间存在多个对多个的关系。
脑补图：
图片>代码>文字,个人理解，能用图片说明问题的就不要用代码，同理，尽量用代码+文字解释问题的本质。
同一种的逻辑结构，在底层通常有两种物理存储结构：
- 顺序存储结构，如一维数组
- 非顺序存储结构，如链式存储结构(链表)、散列
顺序结构适合读操作(为啥呢？因为有索引啊)，链表存储适合写操作(为啥呢？断开，加上节点就完成，不需要底层复制啊)
算法的设计取决于逻辑结构：算法的实现依赖于存储结构。对象的设计取决于类结构，(...)
什么是数据结果呢？数据结构归纳起来所要研究的问题就三方面：
- 数据元素之间的客观联系(逻辑结构)
- 数据在计算机内部的存储方式(存储结构)
- 针对数据实施的有效的操作和处理(算法)
对象之间的关系(对现实的抽象，继承？组合?)，存储在内存中哪里，堆上啊，怎么存？存在数组里？hash表里？怎么处理的啊？增删改查啊，排序那，加密解密啊，
Stack
对于普通的线性表而言，它的作用是一个容器，用于装具有相似结果的数据。
- 分为顺序存储机构和链式存储结构
- 可以进行插入、删除和排序的操作
- 如果线性表之允许在线性表的某端添加、删除元素，这时就演变为：栈和队列。(先进后出(弹夹)，先进先出(火车站排队))
以下图片来自维基百科(百X百科就别看了)
原谅没放恐怖的，来自Google(百X就别用了)
栈(Stack),是一种特殊的线性表，只能在固定的一端(线性表的尾端)进行插入、删除操作。
-
允许进行插入、删除操作的一端为栈顶(top),另一端，你猜？(bottom)
- 进栈：将一个元素插入栈的过程，栈的长度+1，(压入子弹)
- 出栈：删除一个元素的过程，栈的长度-1.(弹出发射...)
- 先进后出，或者说后进先出。
- 常用操作：初始化，(随着栈帧的移除，方法在执行。可能出现https://stackoverflow.com/),++i,i++,
- 在Java中继承关系，Stack继承自Vector，List，(abstractList?)
需求：
请编写代码实现Stack类，该类能够实现后进先出的堆栈功能，要求实现的方法包括：
- Stack(int) 实例化指定深度的栈
- boolean push(E item) 像栈顶压入对象，成功返回true，栈已满返回false
- E pop() 从栈顶移除对象并返回，为空则返回null
- E peek() 查看并返回栈顶的对象，为空返回null
- int size() 返回栈中当前元素数量
- int depth() 返回当前堆栈深度
-
万恶的字符编码，无比的郁闷以下所有代码参考网络，在Sublime中编写。
基于单列表实现：
class Node<E> {
Node<E> next = null;
E data;
public Node(E data) {
this.data = data;
}
}
//采用单链表实现栈
public class MyStack<E> {
int depth; //栈的深度
public MyStack(int i) {
this.depth = i;
}
Node<E> top = null;
//将元素压入栈中
public boolean push(E data) {
if(size() < depth) {
Node<E> newNode = new Node<E>(data);
newNode.next = top;
top = newNode;
return true;
}
return false;
}
//读取栈中的头节点，不删除头节点
public E peek() {
if(top ==null) {
return null;
}
return top.data;
}
//获取栈中的头节点，并删除头节点
public E pop() {
if(top ==null) {
return null;
}
Node<E> tmp = top;
top = top.next;
return tmp.data;
}
//栈的元素个数
public int size() {
int len = 0;
Node tmeNode = top;
while(tmeNode != null) {
tmeNode = tmeNode.next;
len++;
}
return len;
}
//当前栈的深度
public int depth() {
return this.depth;
}
public static void main(String[] args) {
MyStack stack = new MyStack(2);
System.out.println(stack.push(1));
System.out.println(stack.push(2));
System.out.println(stack.push(3));
System.out.println("栈的元素个数： " +stack.size());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println("栈的元素个数： " + stack.depth());
}
}
---------------------------此代码来自《Java编程思想》----------------------------------
import java.util.LinkedList;
public class Stack<T> {
private LinkedList<T> storage = new LinkedList<T>();
public void push(T v) { storage.addFirst(v); }
public T peek() { return storage.getFirst(); }
public T pop() { return storage.removeFirst(); }
public boolean empty() { return storage.isEmpty(); }
public String toString() { return storage.toString(); }
}在来看看大佬的另一种实现，简单明了啊。
public class LinkedStack<T> {
private static class Node<U> {
U item;
Node<U> next;
Node() {
item = null;
next =null;
}
Node(U item,Node<U> next) {
this.item = item;
this.next = next;
}
boolean end() {
return item == null && next == null;
}
}
private Node<T> top = new Node<T>();
public void push(T item) {
top = new Node<T>(item,top);
}
public T pop() {
T result = top.item;
if (!top.end()) {
top = top.next;
}
return result;
}
public static void main(String[] args) {
LinkedStack<String> lss = new LinkedStack<String>();
for (String s : "Phasers on stun!".split(" ") )
lss.push(s);
String s;
while((s = lss.pop()) != null)
System.out.println(s);
}
}
输出如下：
I:\Java\note\sort\code>java LinkedStack
stun!
on
PhasersQueue
队列(queue),也是一种特殊的线性表，使用固定的一端来插入数据，另一端用于删除数据
- 先进先出，就像火车站排队买票一样！！！，整个队伍向前面移动。
- 分为顺序队列结构和链式队列结构
- 从JDK 5 开始，Java集合框架提供了Queue接口，实现该接口的类可以当成队列使用，如LinkedBlockingQueue，PriorityBlockingQueue。
- 可以通过轮询和等待-通知机制实现阻塞队列。
具体Queue实现：
import java.util.*;
public class SimpleQueue<T> implements Iterable<T> {
private LinkedList<T> storage = new LinkedList<T>();
public void add(T t){
storage.offer(t);
}
public T get() {
return storage.poll();
}
public Iterator<T> iterator() {
return storage.iterator();
}
public static void main(String[] args) {
SimpleQueue queue = new SimpleQueue();
queue.add(8);
System.out.println(queue.get());
}
}我们在来看看用Stack如何实现Queue，非常不错，《Java编程思想》
import java.util.Stack;
public class MyQueue{
Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
Stack<Integer> stackTmp = new Stack<Integer>();
//Push element X to the back of queue
public void push(int x) {
stack.push(x);
}
//Removes the element form in front of queue
public void pop() {
if (stackTmp.isEmpty()) {
while (!stack.isEmpty()) {
int tmp = stack.peek();
stackTmp.push(tmp);
stack.pop();
}
}
else {
stackTmp.pop();
}
}
//Get the front element
public int peek() {
if (!stackTmp.isEmpty()) {
int tmp = stack.peek();
stackTmp.push(tmp);
}
return stackTmp.peek();
}
//Return whether the queueis empty
public boolean empty() {
if (stackTmp.isEmpty() && stack.isEmpty()) {
return true;
}else {
return false;
}
}
public static void main(String[] args) {
MyQueue queue = new MyQueue();
queue.push(8);
System.out.println(queue.empty()); //false
}
}Tree
树，也是一种数据结构，非线性的，这种结构内的元素存在一对多的关系。
- 树，尤其是二叉树应用很广泛，排序二叉树，平衡二叉树，红黑树。
- 二叉树，在普通的树的基础上，让一颗树中每个节点最多只能包含两个子节点，且严格区分左子节点和右子节点(位置不能变化)
-遍历二叉树，考虑深读，优先遍历。(先序遍历、中序遍历、后续遍历)和广度优先遍历。 - 哈夫曼树，一种带权路径最短的二叉树，在信息检索中非常有用
- 哈夫曼编码，假设需要对一个字符串如“abcabcabc”进行编码，将它转化为唯一的二进制码，同时要求转换出来的二进制码的长度最小。可以采用哈夫曼树来解决报文编码问题
- 排序二叉树：一种特殊的二叉树，可以非常方便的对树中的所有节点进行排序和检索。
二叉树，这里采用递归和内部类的思想。
public class BinaryTree {
private Node root;
//添加节点
public void add(int data) {
if (root ==null) {
root = new Node(data);
}else {
root.addNode(data);
}
}
//打印节点
public void print() {
root.printNode();
}
private class Node {
private int data;
private Node left;
private Node right;
public Node(int data) {
this.data = data;
}
public void addNode(int data) {
//核心思想就是进来先个当前节点比，如果如果小于则在左边添加，如果左边没子节点，则创建，如果有添加
if (this.data > data) {
if (this.left == null) {
this.left = new Node(data);
}else {
this.addNode(data); //这里应该是采用递归。
}
}else {
if (this.right == null) {
this.right = new Node(data);
}else {
this.right.addNode(data);
}
}
}
//中序遍历
public void printNode() {
if (this.left != null) {
this.left.printNode();
}
System.out.println(this.data + "->");
if (this.right !=null) {
this.right.printNode();
}
}
}
}
------------------------测试-----------------------------------------------
public static void main(String[] args) {
BinaryTree bt = new BinaryTree();
// 8、3、10、1、6、14、4、7、13
bt.add(8);bt.add(3);bt.add(10);
bt.add(1);bt.add(6);bt.add(14);
bt.add(4);bt.add(7);bt.add(13);
bt.print();
}
输出：
1->3->4->6->7->8->10->13->14->LinkedList
ArrayList因为乱码，写了一半，无奈啊，完全坑我，其思想就是根据索引，涉及到扩容，判断越界了么，。这里先不管了。直接看LinkedList。
public class MyLinkedList {
protected Node first; // 链表的第一个节点
protected Node last; // 链表的最后一个节点
private int size; // 节点的数量
// 链表中的每一个节点
public class Node {
public Node(Object ele) {
this.ele = ele;
}
Node prev; // 上一个节点对象
Node next; // 下一个节点对象
public Object ele; // 当前节点中存储的数据
}
public void addFirst(Object ele) {
Node node = new Node(ele); //需要保存的节点对象
//进来一个节点，如果为空的话，它可定时第一个，也是最后一个
if (size == 0) {
this.first = node;
this.last = node;
}else {
node.next = this.first; // 把之前第一个作为新增节点的下一个节点，(进来一个，当前的只能当老二了。)
this.first.prev = node; // 把新增节点作为之前第一个节点的上一个节点
this.first = node; // 把新增的节点作为第一个节点
}
size++;
}
//这里很重要，别忘记
public void addLast(Object ele) {
Node node = new Node(ele);
if (size == 0) {
this.first = node;
this.last = node;
}else {
this.last.next = node; // 新增节点作为之前最后一个节点的下一个节点(因为是加在后面，所以当前节点的下一个才是 新增节点)
node.prev = this.last; // 之前最后一个节点作为新增节点的上一个节点
this.last = node; // 把新增的节点作为最后一个节点
}
}
//原谅我复制了
public void remove(Object ele) {
// 找到被删除的节点
Node current = this.first;// 确定为第一个节点,从头到尾开始找
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (!current.ele.equals(ele)) {// 当前为true !true 为false ,说明找到当前ele,输出
if (current.next == null) { // 续上: 如果false取反为true, 判断是否最后一个,
return;
}
current = current.next;
}
}
//删除节点
if(current==first){
this.first = current.next; //当前的下一个作为第一个
this.first.prev = null; //当前下一个对上一个的引用设置为null
}else if(current==last){
this.last = current.prev;
this.last.next = null;
}else{
//把删除当前节点的下一个节点作为删除节点的上一个节点的next
current.prev.next =current.next;
//把删除节点的上一个节点作为删除节点下一个节点的prev
current.next.prev = current.prev;
}
size--;
//System.out.println("current =" + current.ele);
}
public String toString() {
if (size == 0) {
return "[]";
}
StringBuilder sb = new StringBuilder(size * 2 + 1);
Node current = this.first;// 第一个节点
sb.append("[");
for (int i = 0; i < size; i++) {
sb.append(current.ele);
if (i != size - 1) {
sb.append(",");
} else {
sb.append("]");
}
current = current.next; // 获取自己的下一个节点
}
return sb.toString();
}
}这个双向列表有点难理解，还是看图吧，
线性链表：
双向链表：
先到这里吧，gogogo，机会是留给有准备的人，
java
**粗体** _斜体_ [链接](http://example.com) `代码` - 列表 > 引用。你还可以使用@来通知其他用户。