java常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)java常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：1、數(shù)組；2、鏈表，一種遞歸的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；3、棧，按照“后進(jìn)先出”、“先進(jìn)后出”的原則來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；4、隊(duì)列；5、樹，是由 n（n>0）個(gè)有限節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)具有層次關(guān)系的集合；6、堆；7、圖；8、哈希表。

本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、java8版、DELL G3電腦。

Java常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

這 8 種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別呢？

①、數(shù)組

優(yōu)點(diǎn)：

• 按照索引查詢?cè)氐乃俣群芸欤?/p>

• 按照索引遍歷數(shù)組也很方便。

缺點(diǎn)：

• 數(shù)組的大小在創(chuàng)建后就確定了，無(wú)法擴(kuò)容；

• 數(shù)組只能存儲(chǔ)一種類型的數(shù)據(jù)；

添加、刪除元素的操作很耗時(shí)間，因?yàn)橐苿?dòng)其他元素。

②、鏈表

• 《算法（第 4 版）》一書中是這樣定義鏈表的：

  鏈表是一種遞歸的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它或者為空（null），或者是指向一個(gè)結(jié)點(diǎn)（node）的引用，該節(jié)點(diǎn)還有一個(gè)元素和一個(gè)指向另一條鏈表的引用。

  Java 的 LinkedList 類可以很形象地通過代碼的形式來(lái)表示一個(gè)鏈表的結(jié)構(gòu)：

public class LinkedList<E> {
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;

    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
}

• 這是一種雙向鏈表，當(dāng)前元素 item 既有 prev 又有 next，不過 first 的 prev 為 null，last 的 next 為 null。如果是單向鏈表的話，就只有 next，沒有 prev。

由于不必按照順序的方式存儲(chǔ)，鏈表在插入、刪除的時(shí)候可以達(dá)到 O(1) 的時(shí)間復(fù)雜度（只需要重新指向引用即可，不需要像數(shù)組那樣移動(dòng)其他元素）。除此之外，鏈表還克服了數(shù)組必須預(yù)先知道數(shù)據(jù)大小的缺點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)靈活的內(nèi)存動(dòng)態(tài)管理。

優(yōu)點(diǎn)：

• 不需要初始化容量；

• 可以添加任意元素；

• 插入和刪除的時(shí)候只需要更新引用。

缺點(diǎn)：

• 含有大量的引用，占用的內(nèi)存空間大；

• 查找元素需要遍歷整個(gè)鏈表，耗時(shí)。

③、棧

棧就好像水桶一樣，底部是密封的，頂部是開口，水可以進(jìn)可以出。用過水桶的小伙伴應(yīng)該明白這樣一個(gè)道理：先進(jìn)去的水在桶的底部，后進(jìn)去的水在桶的頂部；后進(jìn)去的水先被倒出來(lái)，先進(jìn)去的水后被倒出來(lái)。

同理，棧按照“后進(jìn)先出”、“先進(jìn)后出”的原則來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，先插入的數(shù)據(jù)被壓入棧底，后插入的數(shù)據(jù)在棧頂，讀出數(shù)據(jù)的時(shí)候，從棧頂開始依次讀出。

④、隊(duì)列

隊(duì)列就好像一段水管一樣，兩端都是開口的，水從一端進(jìn)去，然后從另外一端出來(lái)。先進(jìn)去的水先出來(lái)，后進(jìn)去的水后出來(lái)。

和水管有些不同的是，隊(duì)列會(huì)對(duì)兩端進(jìn)行定義，一端叫隊(duì)頭，另外一端就叫隊(duì)尾。隊(duì)頭只允許刪除操作（出隊(duì)），隊(duì)尾只允許插入操作（入隊(duì)）。

⑤、樹

樹是一種典型的非線性結(jié)構(gòu)，它是由 n（n>0）個(gè)有限節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)具有層次關(guān)系的集合。

之所以叫“樹”，是因?yàn)檫@種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)看起來(lái)就像是一個(gè)倒掛的樹，只不過根在上，葉在下。樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有以下這些特點(diǎn)：

• 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只有有限個(gè)子節(jié)點(diǎn)或無(wú)子節(jié)點(diǎn)；

• 沒有父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)；

• 每一個(gè)非根節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)；

• 除了根節(jié)點(diǎn)外，每個(gè)子節(jié)點(diǎn)可以分為多個(gè)不相交的子樹。

下圖展示了樹的一些術(shù)語(yǔ)：

基于二叉查找樹的特點(diǎn)，它相比較于其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就在于查找、插入的時(shí)間復(fù)雜度較低，為 O(logn)。假如我們要從上圖中查找 5 個(gè)元素，先從根節(jié)點(diǎn) 7 開始找，5 必定在 7 的左側(cè)，找到 4，那 5 必定在 4 的右側(cè)，找到 6，那 5 必定在 6 的左側(cè)，找到了。

理想情況下，通過 BST 查找節(jié)點(diǎn)，所需要檢查的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以減半。

平衡二叉樹：當(dāng)且僅當(dāng)任何節(jié)點(diǎn)的兩棵子樹的高度差不大于 1 的二叉樹。由前蘇聯(lián)的數(shù)學(xué)家 Adelse-Velskil 和 Landis 在 1962 年提出的高度平衡的二叉樹，根據(jù)科學(xué)家的英文名也稱為 AVL 樹。

平衡二叉樹本質(zhì)上也是一顆二叉查找樹，不過為了限制左右子樹的高度差，避免出現(xiàn)傾斜樹等偏向于線性結(jié)構(gòu)演化的情況，所以對(duì)二叉搜索樹中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的左右子樹作了限制，左右子樹的高度差稱之為平衡因子，樹中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平衡因子絕對(duì)值不大于 1。

平衡二叉樹的難點(diǎn)在于，當(dāng)刪除或者增加節(jié)點(diǎn)的情況下，如何通過左旋或者右旋的方式來(lái)保持左右平衡。

Java 中最常見的平衡二叉樹就是紅黑樹，節(jié)點(diǎn)是紅色或者黑色，通過顏色的約束來(lái)維持著二叉樹的平衡：

1）每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能是紅色或者黑色

2）根節(jié)點(diǎn)是黑色

3）每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)（NIL 節(jié)點(diǎn)，空節(jié)點(diǎn)）是黑色的。

4）如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)是紅色的，則它兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)都是黑色的。也就是說在一條路徑上不能出現(xiàn)相鄰的兩個(gè)紅色節(jié)點(diǎn)。

5）從任一節(jié)點(diǎn)到其每個(gè)葉子的所有路徑都包含相同數(shù)目的黑色節(jié)點(diǎn)。

⑥、堆

堆可以被看做是一棵樹的數(shù)組對(duì)象，具有以下特點(diǎn)：

• 堆中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的值總是不大于或不小于其父節(jié)點(diǎn)的值；

• 堆總是一棵完全二叉樹。

將根節(jié)點(diǎn)最大的堆叫做最大堆或大根堆，根節(jié)點(diǎn)最小的堆叫做最小堆或小根堆。

在線性結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)元素之間滿足唯一的線性關(guān)系，每個(gè)數(shù)據(jù)元素（除第一個(gè)和最后一個(gè)外）均有唯一的“前驅(qū)”和“后繼”；

在樹形結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)元素之間有著明顯的層次關(guān)系，并且每個(gè)數(shù)據(jù)元素只與上一層中的一個(gè)元素（父節(jié)點(diǎn)）及下一層的多個(gè)元素（子節(jié)點(diǎn)）相關(guān)；

而在圖形結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系是任意的，圖中任意兩個(gè)數(shù)據(jù)元素之間都有可能相關(guān)。

⑧、哈希表

哈希表（Hash Table），也叫散列表，是一種可以通過關(guān)鍵碼值（key-value）直接訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它最大的特點(diǎn)就是可以快速實(shí)現(xiàn)查找、插入和刪除。

數(shù)組的最大特點(diǎn)就是查找容易，插入和刪除困難；而鏈表正好相反，查找困難，而插入和刪除容易。哈希表很完美地結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)， Java 的 HashMap 在此基礎(chǔ)上還加入了樹的優(yōu)點(diǎn)。

哈希函數(shù)在哈希表中起著?常關(guān)鍵的作?，它可以把任意長(zhǎng)度的輸入變換成固定長(zhǎng)度的輸出，該輸出就是哈希值。哈希函數(shù)使得一個(gè)數(shù)據(jù)序列的訪問過程變得更加迅速有效，通過哈希函數(shù)，數(shù)據(jù)元素能夠被很快的進(jìn)行定位。

若關(guān)鍵字為 k，則其值存放在 hash(k) 的存儲(chǔ)位置上。由此，不需要遍歷就可以直接取得 k 對(duì)應(yīng)的值。

對(duì)于任意兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，其哈希值相同的可能性極小，也就是說，對(duì)于一個(gè)給定的數(shù)據(jù)塊，找到和它哈希值相同的數(shù)據(jù)塊極為困難。再者，對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)塊，哪怕只改動(dòng)它的一個(gè)比特位，其哈希值的改動(dòng)也會(huì)非常的大——這正是 Hash 存在的價(jià)值！

盡管可能性極小，但仍然會(huì)發(fā)生，如果哈希沖突了，Java 的 HashMap 會(huì)在數(shù)組的同一個(gè)位置上增加鏈表，如果鏈表的長(zhǎng)度大于 8，將會(huì)轉(zhuǎn)化成紅黑樹進(jìn)行處理——這就是所謂的拉鏈法（數(shù)組+鏈表）。

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