【Java常见数据结构】

数据结构（data structure）：数据在计算机中的存储与组织形式；其主要目的是为了对数据进行高效地访问和修改；数据结构包含数组、链表这样的线性数据结构，也包含树、图这样的复杂数据结构。

算法（algorithm）：在特定的计算模型下，旨在解决特定问题的一系列指令。

    程序 = 数据结构 + 算法

一、列表(Lists)

List接口的常见实现类有ArrayList和LinkedList。

List<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();

ArrayList:

• 特点： 动态数组，可变大小。
• 优点： 高效的随机访问和快速尾部插入。
• 缺点： 中间插入和删除相对较慢。

LinkedList:

• 特点： 双向链表，元素之间通过指针连接。
• 优点： 插入和删除元素高效，迭代器性能好。
• 缺点： 随机访问相对较慢。

在编程时，通常建议使用接口类型来声明变量，而不是具体的实现类。这样做有几个好处：

• 更好的封装：使用接口类型声明变量，可以将变量类型与实现类分离，从而提高代码的灵活性和可维护性。
• 降低耦合度：接口类型的变量只关心方法的签名，而不关心具体的实现细节，因此可以轻松地切换不同的实现类而不影响其他部分的代码。
• 符合面向接口编程的原则：面向接口编程是一种良好的编程实践，它能够提高代码的可复用性和可测试性。

List常用方法

方法	描述
add(E e)	在列表末尾添加指定的元素
get(int index)	返回列表中指定位置的元素
set(int index, E element)	将列表中指定位置的元素替换为指定的元素
remove(int index)	移除列表中指定位置的元素，并返回被移除的元素
size()	返回列表中的元素数
isEmpty()	判断列表是否为空
contains(Object o)	判断列表是否包含指定的元素
indexOf(Object o)	返回列表中指定元素第一次出现的索引
lastIndexOf(Object o)	返回列表中指定元素最后一次出现的索引
subList(int fromIndex, int toIndex)	返回列表中指定范围的部分视图

二、集合(Sets)

集合（Sets）用于存储不重复的元素，常见的实现有 HashSet 和 TreeSet。

Set<String> hashSet = new HashSet<>();
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();

Set判断两个对象是否相等用equals,而不是使用==。

HashSet:

• 特点： 无序集合，基于HashMap实现。
• 优点： 高效的查找和插入操作。
• 缺点： 不保证顺序。

TreeSet:

• 特点：TreeSet 是有序集合，底层基于红黑树实现，不允许重复元素。
• 优点： 提供自动排序功能，适用于需要按顺序存储元素的场景。
• 缺点： 性能相对较差，不允许插入 null 元素。

HashSet集合元素值允许是null,但是最多只能有一个。

TreeSet类使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序。

三、映射(Maps)

映射（Maps）
映射（Maps）用于存储键值对，常见的实现有 HashMap 和 TreeMap。

Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();

HashMap:

• 特点： 基于哈希表实现的键值对存储结构。
• 优点： 高效的查找、插入和删除操作。
• 缺点： 无序，不保证顺序。

TreeMap:

• 特点： 基于红黑树实现的有序键值对存储结构。
• 优点： 有序，支持按照键的顺序遍历。
• 缺点： 插入和删除相对较慢。

HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。其允许存放null的key和null的value。

键值对映射是一对一或一对多，当我们 put 的时候，如果 key 存在了，那么新的 value 会代替旧的 value，并且如果 key 存在的情况下，该方法返回的是旧的 value，如果 key 不存在，那么返回 null。

四、数组(Arrays)

数组（Arrays）是一种基本的数据结构，可以存储固定大小的相同类型的元素。

数组定义有三种方法：

//1.动态初始化：在创建数组时，只定义数组中元素的个数，并未给里面的元素进行赋值
int[] array1 = new int[10];//前面的int[]为数组的类型，后面的int[10]为其能够存放的大小，array1为其数组名称。

//2.静态初始化：在创建数组时不定义数据元素个数，而直接将数组里的数据内容进行赋值，编译器会自己判定数组有几个元素， 后面的数据必须与前面定义的数据类型一致
int[] array2 = {1,2,3,4,5};

//初始化能分为两步,分步的第二步中new int[]不能省略
int[] array3；
array3 = new int[]{1,2,3,4,5};

• 特点： 固定大小，存储相同类型的元素。
• 优点： 随机访问元素效率高。
• 缺点： 大小固定，插入和删除元素相对较慢。

根据可以下标遍历元素，注意下标是从0开始。

五、栈（Stack）

栈（Stack）是一种线性数据结构，它按照后进先出（Last In, First Out，LIFO）的原则管理元素。在栈中，新元素被添加到栈的顶部，而只能从栈的顶部移除元素。这就意味着最后添加的元素是第一个被移除的。

Stack<Integer> stack = new Stack<>();

Stack 类:

• 特点： 代表一个栈，通常按照后进先出（LIFO）的顺序操作元素。

方法：

方法	描述
E push(E e)	将e入栈，并返回e
E pop()	将栈顶元素出栈并返回
E peek()	获取栈顶元素
int size()	获取栈中有效元素个数
boolean empty()	检测栈是否为空

六、队列（Queue）

队列（Queue）遵循先进先出（FIFO）原则，常见的实现有 LinkedList 和 PriorityQueue。

Queue<String> queue = new LinkedList<>();

Queue 接口:

• 特点： 代表一个队列，通常按照先进先出（FIFO）的顺序操作元素。
• 实现类： LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque。

方法：

方法	描述
boolean offer(E e)	入队列
E poll()	出队列
peek()	获取队头元素
int size()	获取队列中有效元素个数
boolean isEmpty()	检测队列是否为空

七、堆（Heap）

堆（Heap）优先队列的基础，可以实现最大堆和最小堆。

PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>();
PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());

• 堆逻辑上是一棵完全二叉树
• 堆物理上是保存在数组中
• 满足任意结点的值都大于其子树中结点的值，叫做大堆，或者大根堆，或者最大堆
  反之，则是小堆，或者小根堆，或者最小堆
• 堆的基本作用是快速找集合中的最值

八、树（Trees）

Java 提供了 TreeNode 类型，可以用于构建二叉树等数据结构。

树是由节点和边构成的一种层次结构。它包含一个根节点，根节点下可以有多个子节点，每个子节点又可以有自己的子节点，以此类推。树的基本概念包括以下几个要点：

• 根节点：树的起始节点，没有父节点。
• 子节点：根节点下的节点称为子节点。
• 父节点：一个节点下面的直接连接节点称为父节点。
• 叶子节点：没有子节点的节点称为叶子节点。
• 子树：一个节点及其所有子节点、子节点的子节点等构成的树称为子树。

class TreeNode {
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;
    TreeNode(int x) { val = x; }
}

八、图（Graphs）

图的表示通常需要自定义数据结构或使用图库，Java 没有内建的图类。