数据结构Java实现02----线性表与顺序表

数据结构Java实现02----线性表与顺序表

 

【正文】

本节内容：

• 线性结构
• 线性表抽象数据类型
• 顺序表
• 顺序表应用

 

一、线性结构：

如果一个数据元素序列满足：

（1）除第一个和最后一个数据元素外，每个数据元素只有一个前驱数据元素和一个后继数据元素；

（2）第一个数据元素没有前驱数据元素；

（3）最后一个数据元素没有后继数据元素。

则称这样的数据结构为线性结构。

 

二、线性表抽象数据类型：

1、线性表抽象数据类型的概念：

线性表抽象数据类型主要包括两个方面：既数据集合和该数据集合上的操作集合。

数据集合：

　　可以表示为a0,a1,a2,...an-1,每个数据元素的数据类型可以是任意的类型。

操作集合包括如下：

1.求元素个数

2.插入

3.删除

4.查找

5.判断是否为空

2、设计线性表抽象数据类型的Java接口：

代码如下：

//线性表接口
public interface List {
    //获得线性表长度 public int size(); //判断线性表是否为空 public boolean isEmpty(); //插入元素 public void insert(int index,Object obj) throws Exception; //删除元素 public void delete(int index) throws Exception; //获取指定位置的元素 public Object get(int index) throws Exception; }

然后我们让子类去实现这个接口就行了。

 

三、顺序表：（在物理存储结构上连续，大小固定）

1、顺序表的概念：

计算机有两种基本的存储结构（物理存储结构）：顺序结构、离散结构。使用顺序结构实现的线性表称为顺序表。如下图所示：

Java内存中，栈内存和堆内存占了很大一部分空间：栈内存的存储是顺序结构，堆内存的存储是离散结构。

 

2、设计顺序表类：

我们在上面第二段的List接口基础之上，设计一个顺序表：

（1）List.java:（线性表，和上面的第二段中代码一样）

//线性表接口
public interface List {
    //获得线性表长度 public int size(); //判断线性表是否为空 public boolean isEmpty(); //插入元素 public void insert(int index, Object obj) throws Exception; //删除元素 public void delete(int index) throws Exception; //获取指定位置的元素 public Object get(int index) throws Exception; }

（2）SequenceList.java:（核心代码）

 1 public class SequenceList implements List {
 2  3 //默认的顺序表的最大长度  4 final int defaultSize = 10;  5 //最大长度  6 int maxSize;  7 //当前长度  8 int size;  9 //对象数组 10  Object[] listArray; 11 12 13 public SequenceList() { 14  init(defaultSize); 15  } 16 17 public SequenceList(int size) { 18  init(size); 19  } 20 21 //顺序表的初始化方法 22 private void init(int size) { 23 maxSize = size; 24 this.size = 0; 25 listArray = new Object[size]; 26  } 27 28  @Override 29 public void delete(int index) throws Exception { 30 // TODO Auto-generated method stub 31 if (isEmpty()) { 32 throw new Exception("顺序表为空，无法删除！"); 33  } 34 if (index < 0 || index > size - 1) { 35 throw new Exception("参数错误！"); 36  } 37 //移动元素 38 for (int j = index; j < size - 1; j++) { 39 listArray[j] = listArray[j + 1]; 40  } 41 size--; 42  } 43 44  @Override 45 public Object get(int index) throws Exception { 46 // TODO Auto-generated method stub 47 if (index < 0 || index >= size) { 48 throw new Exception("参数错误！"); 49  } 50 return listArray[index]; 51  } 52 53  @Override 54 public void insert(int index, Object obj) throws Exception { 55 // TODO Auto-generated method stub 56 //如果当前线性表已满，那就不允许插入数据 57 if (size == maxSize) { 58 throw new Exception("顺序表已满，无法插入！"); 59  } 60 //插入位置编号是否合法 61 if (index < 0 || index > size) { 62 throw new Exception("参数错误！"); 63  } 64 //移动元素 65 for (int j = size - 1; j >= index; j--) { 66 listArray[j + 1] = listArray[j]; 67  } 68 69 listArray[index] = obj; //不管当前线性表的size是否为零，这句话都能正常执行，即都能正常插入 70 size++; 71 72  } 73 74  @Override 75 public boolean isEmpty() { 76 // TODO Auto-generated method stub 77 return size == 0; 78  } 79 80  @Override 81 public int size() { 82 // TODO Auto-generated method stub 83 return size; 84  } 85 }

我们来看一下第54行的插入操作insert()方法：如果需要在index位置插入一个数据，那么index后面的元素就要整体往后移动一位。这里面需要特别注意的是：

插入操作：移动元素时，要从后往前操作，不能从前往后操作，不然元素会被覆盖的。

删除元素：移动元素时，要从前往后操作。

（3）测试类：

public class Test {

    public static void main(String[] args) { SequenceList list = new SequenceList(20); try { list.insert(0, 100); list.insert(0, 50); list.insert(1, 20); for (int i = 0; i < list.size; i++) { System.out.println("第" + i + "个数为" + list.get(i)); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }

我们要注意插入的规则是什么，不然会觉得这个顺序表打印输出的顺序很奇怪。

运行效果：

  

3、顺序表效率分析：

• 顺序表插入和删除一个元素的时间复杂度为O(n)。
• 顺序表支持随机访问，顺序表读取一个元素的时间复杂度为O(1)。因为我们是可以通过下标直接访问的，所以时间复杂度是固定的，和问题规模无关。

4、顺序表的优缺点：

• 顺序表的优点是：支持随机访问；空间利用率高（连续分配，不存在空间浪费）。
• 顺序表的缺点是：大小固定（一开始就要固定顺序表的最大长度）；插入和删除元素需要移动大量的数据。

 

5、顺序表的应用：

设计一个顺序表，可以保存100个学生的资料，保存以下三个学生的资料，并打印输出。

代码实现：

(1)List.java:

　　和上面的代码保持不变

(2)SequenceList.java:

　　和上面的代码保持不变

(3)Students.java:学生类

//学生类
public class Students {

    private String id;// 学号 private String name;// 姓名 private String gender;// 性别 private int age;// 年龄 public Students() { } public Students(String sid, String name, String gender, int age) { this.id = sid; this.name = name; this.gender = gender; this.age = age; } public String getId() { return id; } public void setId(String id) { this.id = id; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public String getGender() { return gender; } public void setGender(String gender) { this.gender = gender; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public String toString() { return "学号：" + this.getId() + " 姓名：" + this.getName() + " 性别：" + this.getGender() + " 年龄:" + this.getAge(); } }

(4)Test.java:

 1 public class Test {
 2 
 3 /**  4  * @param args  5 */  6 public static void main(String[] args) {  7 // TODO Auto-generated method stub  8 SequenceList list = new SequenceList(100);  9 10 try { 11 list.insert(list.size, new Students("S0001", "张三", "男", 18)); //第一个参数list.size代表的是：我每次都是在顺序表的最后一个位置（当前线性表的长度的位置）进行插入操作。这一行里，size是等于0 12 list.insert(list.size, new Students("S0002", "李四", "男", 19)); 13 list.insert(list.size, new Students("S0003", "王五", "女", 21)); 14 15 for (int i = 0; i < list.size; i++) { 16  System.out.println(list.get(i)); 17  } 18 19 } catch (Exception ex) { 20  ex.printStackTrace(); 21  } 22  } 23 24 }

注意第11行的注释：第一个参数list.size代表的是：我每次都是在顺序表的最后一个位置（当前线性表的长度的位置）进行插入操作；这样的话，遍历时才是按照张三、李四、王五的顺序进行输出的。

运行效果：