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
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先进后出(即,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)。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,当开枪时,先弹出上面的子弹,然后才能弹出下面的子弹。
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栈的入口、出口的都是栈的顶端位置
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。 -
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。
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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:有索引,长度是固定不变
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。
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查找元素快:通过索引,可以快速访问指定位置的元素
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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。
链表【查找慢,增删快】
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 -
多个结点之间,通过地址进行连接。
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查找元素慢:
-
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”。
- 常见的数据结构:栈、队列、数组、链表和红黑树
- 栈结构特点:先进后出
- 出队列结构特点:先进先出
- 单向链表结构特点:查询慢,增删快
- 数组结构特点:查询快,增删慢
- 红黑树结构特点:查询增删速度特别快
List集合
java.util.List接口继承自Collection接口,是单列集合的一个重要分支,习惯性地会将实现了List接口的对象称为List集合。
- 是一个元素存取有序的集合。例如,存元素的顺序是11、22、33。那么集合中,元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的)。
- 是一个带有索引的集合,通过索引就可以精确的操作集合中的元素(与数组的索引是一个道理)。
- 是可以有重复的元素存在的集合,通过元素的equals方法,来比较是否为重复的元素。
List接口中含有索引操作的方法含有以下:
- public void add(int index, E element): 将指定的元素,添加到该集合中的指定位置上。
- public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
- public E set(int index, E element):用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。
- public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。
List集合特有的方法都是跟索引相关,如下:
public class ListDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建List集合对象
List<String> list = new ArrayList<String>();
// 往 尾部添加 指定元素
list.add("图图");
list.add("小美");
list.add("不高兴");
System.out.println(list);
// add(int index,String s) 往指定位置添加
list.add(1,"没头脑");
System.out.println(list);
// String remove(int index) 删除指定位置元素 返回被删除元素
// 删除索引位置为2的元素
System.out.println("删除索引位置为2的元素");
System.out.println(list.remove(2));
System.out.println(list);
// String set(int index,String s)
// 在指定位置 进行 元素替代(改)
// 修改指定位置元素
list.set(0, "三毛");
System.out.println(list);
// String get(int index) 获取指定位置元素
// 跟size() 方法一起用 来 遍历的
for(int i = 0;i<list.size();i++){
System.out.println(list.get(i));
}
//还可以使用增强for
for (String string : list) {
System.out.println(string);
}
}
}
ArrayList集合
java.util.ArrayList集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢,查找快,由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据,所以ArrayList是最常用的集合。
LinkedList集合
java.util.LinkedList集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。
实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作,而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。这些方法我们作为了解即可:
- public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。
- public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。
- public E getFirst():返回此列表的第一个元素。
- public E getLast():返回此列表的最后一个元素。
- public E removeFirst():移除并返回此列表的第一个元素。
- public E removeLast():移除并返回此列表的最后一个元素。
- public E pop():从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
- public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。
LinkedList是List的子类,List中的方法LinkedList都是可以使用,这里就不做详细介绍,我们只需要了解LinkedList的特有方法即可。在开发时,LinkedList集合也可以作为堆栈,队列的结构使用。
方法演示:
public class LinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<String> link = new LinkedList<String>();
//添加元素
link.addFirst("abc1");
link.addFirst("abc2");
link.addFirst("abc3");
System.out.println(link);
// 获取元素
System.out.println(link.getFirst());
System.out.println(link.getLast());
// 删除元素
System.out.println(link.removeFirst());
System.out.println(link.removeLast());
while (!link.isEmpty()) { //判断集合是否为空
System.out.println(link.pop()); //弹出集合中的栈顶元素
}
System.out.println(link);
}
}
Set集合
java.util.Set接口和java.util.List接口一样,同样继承自Collection接口,它与Collection接口中的方法基本一致,并没有对Collection接口进行功能上的扩充,只是比Collection接口更加严格了。与List接口不同的是, ·Set接口中元素无序,并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。
其中Set集合没有索引,那么取出元素的方式可以采用:迭代器、增强for。
Set集合有多个子类,这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet这两个集合。
- HashSet特点:速度特别快
- LinkedHashSet特点:速度很快,并且能够保证顺序
Set集合特点:无序,无索引,不可存储重复的元素。
HashSet集合介绍
java.util.HashSet是Set接口的一个实现类,它所存储的元素是不可重复的,并且元素都是无序的(即存取顺序不保证一致)。java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持,由于我们暂时还未学习HashMap,先做了解。采用的数据结构是哈希表结构,采用此结构的特点:快。
HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置,因此具有良好的存取和查找性能。 保证元素唯一性的方式依赖于:hashCode与equals方法。
我们先来使用一下Set集合存储,看下现象,再进行原理的讲解:
public class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建 Set集合
HashSet<String> set = new HashSet<String>();
//添加元素
set.add(new String("cba"));
set.add("abc");
set.add("bac");
set.add("cba");
//遍历
for (String name : set) {
System.out.println(name);
}
}
}
输出结果如下,说明集合中不能存储重复元素:
cba
abc
bac
HashSet集合存储数据的结构(哈希表)
什么是哈希表呢?
在JDK1.8之前,哈希表底层采用数组+链表实现,即使用链表处理冲突,同一hash值的链表都存储在一个链表里。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
** 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
创建自定义Student类
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o)
return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass())
return false;
Student student = (Student) o;
return age == student.age &&
Objects.equals(name, student.name);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}
}
public class HashSetDemo2 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象 该集合中存储 Student类型对象
HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
//存储
Student stu = new Student("于谦", 43);
stuSet.add(stu);
stuSet.add(new Student("郭德纲", 44));
stuSet.add(new Student("于谦", 43));
stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
stuSet.add(stu);
for (Student stu2 : stuSet) {
System.out.println(stu2);
}
}
}
执行结果:
Student [name=郭德纲, age=44]
Student [name=于谦, age=43]
Student [name=郭麒麟, age=23]
如果没有重写hashcode方法和equals方法,是不能实现去重效果的
LinkedHashSet
我们知道HashSet保证元素唯一,可是元素存放进去是没有顺序的,那么我们要保证有序,怎么办呢?
在HashSet下面有一个子类java.util.LinkedHashSet,它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。
演示代码如下:
public class LinkedHashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
set.add("bbb");
set.add("aaa");
set.add("abc");
set.add("bbc");
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
结果:
bbb
aaa
abc
bbc
Collections
java.utils.Collections是集合工具类,用来对集合进行操作。部分方法如下:
- public static boolean addAll(Collection c, T… elements):往集合中添加一些元素。
- public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序:打乱集合顺序。
- public static void sort(List list):将集合中元素按照默认规则排序。
- public static void sort(List list,Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。
代码演示:
public class CollectionsDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
//原来写法
//list.add(12);
//list.add(14);
//list.add(15);
//list.add(1000);
//采用工具类 完成 往集合中添加元素
Collections.addAll(list, 5, 222, 1,2);
System.out.println(list);
//排序方法
Collections.sort(list);
System.out.println(list);
}
}
结果:
[5, 222, 1, 2]
[1, 2, 5, 222]
代码演示之后 ,发现我们的集合按照顺序进行了排列,可是这样的顺序是采用默认的顺序,如果想要指定顺序那该怎么办呢?
我们发现还有个方法没有讲,public static void sort(List list,Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。接下来讲解一下指定规则的排列。
Comparator比较器
我们还是先研究这个方法
public static void sort(List list):将集合中元素按照默认规则排序。
不过这次存储的是字符串类型。
public class CollectionsDemo2 {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("cba");
list.add("aba");
list.add("sba");
list.add("nba");
//排序方法
Collections.sort(list);
System.out.println(list);
}
}
结果:
[sba, nba, cba, aba]
简述Comparable和Comparator两个接口的区别。
Comparable:强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序,类的compareTo方法被称为它的自然比较方法。只能在类中实现compareTo()一次,不能经常修改类的代码实现自己想要的排序。实现此接口的对象列表(和数组)可以通过Collections.sort(和Arrays.sort)进行自动排序,对象可以用作有序映射中的键或有序集合中的元素,无需指定比较器。
类具备比较
Comparator强行对某个对象进行整体排序。可以将Comparator 传递给sort方法(如Collections.sort或 Arrays.sort),从而允许在排序顺序上实现精确控制。还可以使用Comparator来控制某些数据结构(如有序set或有序映射)的顺序,或者为那些没有自然顺序的对象collection提供排序。
练习
创建一个学生类,存储到ArrayList集合中完成指定排序操作。
Student 初始类
public class Student{
private String name;
private int age;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
测试类:
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 创建四个学生对象 存储到集合中
ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();
list.add(new Student("rose",18));
list.add(new Student("jack",16));
list.add(new Student("abc",16));
list.add(new Student("ace",17));
list.add(new Student("mark",16));
/*
让学生 按照年龄排序 升序
*/
// Collections.sort(list);//要求 该list中元素类型 必须实现比较器Comparable接口
for (Student student : list) {
System.out.println(student);
}
}
}
发现,当我们调用Collections.sort()方法的时候 程序报错了。
原因:如果想要集合中的元素完成排序,那么必须要实现比较器Comparable接口。
于是我们就完成了Student类的一个实现,如下:
public class Student implements Comparable<Student>{
....
@Override
public int compareTo(Student o) {
return this.age-o.age;//升序
}
}
再次测试,代码就OK 了效果如下:
Student{name='jack', age=16}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='mark', age=16}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='rose', age=18}