集合框架基础之Java

引言

集合框架是数据结构的 “具象化载体”，我们在掌握框架后，就能够更轻松地理解复杂数据结构的设计逻辑。

本篇文章目标

1、了解什么是集合框架
2、了解集合框架背后涉及的数据结构

1.什么是数据结构

1.1定义

数据结构名：Data Structure，是计算机存储、组织数据的方式，指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。其实，本质上就是把数据元素按照一定的逻辑关系组织起来，并把这种逻辑关系在计算机中进行存储和实现。

1.2分类

数据结构的逻辑结构分为：集合结构、线性结构、树形结构、图形结构
存储结构分为：顺序存储、链式存储、索引存储、散列存储

2. 什么是集合框架

Java集合框架的官方教程

集合框架Collection Framework是编程语言中封装了 数据存储、操作、管理的工具集合，核心是提供一套标准化的类和接口，用于高效存储、访问、修改多个数据。
Java集合框架的全称为：Java Collection Framework， 又称为container，是定义在java.util包下的一组接口interfaces和其实现类classes。主要表现为多个元素置于一个单元中，用这些元素快速、便捷的进行增删查改CRUD。

类和接口的总览

3.集合框架的重要性

• 集合框架的实现是经过严格优化的，我们可以直接调用来满足自己的所需。同时，集合框架定义了标准化的接口，如：List接口，降低了代码的耦合性。
• 使用成熟的集合框架有助于我们便捷，快速的写出高效、稳定的代码。
• 学习集合框架背后的数据结构知识，有助于我们理解各个集合的优缺点及使用场景。

4.集合框架背后的数据结构及算法

4.1容器背后对应的数据结构

对于小白来说，对于这部分可以先大概了解一下，后续随着学习的深入会越来越明白，不需要死记硬背。

1. Collection：接口，包含大部分容器常用的一些方法
2. List：是一个接口，规范了ArrayList 和 LinkedList中要实现的方法
   ArrayList：实现了List接口，底层为动态类型顺序表
   LinkedList：实现了List接口，底层为双向链表
3. Stack：底层是栈，栈是一种特殊的顺序表
4. Queue：底层是队列，队列是一种特殊的顺序表
5. Deque：是一个接口
6. Set：集合，是一个接口，里面放置的是K模型
   HashSet：底层为哈希桶，查询的时间复杂度为O(1)
   TreeSet：底层为红黑树，查询的时间复杂度为O(${\log }_{2}N$),关于key有序
7. Map：映射，里面存储的是K-V模型的键值对
   HashMap：底层为哈希桶，查询时间复杂度为O(1)
   TreeMap：底层为红黑树，查询的时间复杂度为O( ${\log }_{2}N$)，关于key有序

4.2 什么是算法

• 算法是解决特定问题的、有限步骤的、可执行的指令集合，本质是 “把输入数据转化为目标结果的清晰流程”。它并非仅存在于编程中，小到日常 “煮奶茶的步骤”，大到 “导航软件规划路线”，本质都是算法 —— 核心是 “有序、可行、无歧义”。简单来说算法就是一系列的计算步骤，用来将输入数据转化成输出结果。
• 算法的核心特征：输入、输出、有限性、确定性、可行性
• 算法的本质不是 “能完成任务”，而是 “更优地完成任务”

结语

如何判断算法的好坏？什么样的算法才是好算法？下篇文章会进行详细说明。

最后：学好数据结构需先吃透线性、树形等基础结构的原理与特性，再通过LeetCode等平台大量刷题实践，用代码亲手实现链表、树等结构的增删改查操作，同时刻意分析不同实现的时空复杂度，最后结合项目理解其在实际场景中的应用逻辑。一定要多练习！一定要多练习！一定要多练习！