Java 中常見的數據結構

1、數據結構有什么作用？

當使用 Java 里面的容器類時，你有沒有想過，怎么 ArrayList 就像一個無限擴充的數組，也好像鏈表之類的。很好使用，這就是數據結構的用處，只不過你在不知不覺中使用了。

數據結構內容比較多，細細的講解也是相對費功夫的，不可能達到一蹴而就。我就將常見的數據結構：堆棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹 給大家介紹一下，作為數據結構的入門，了解一下它們的特點即可。

2、常見的數據結構

數據存儲的常用結構有：棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹。

棧

• 棧：stack,又稱堆棧，它是運算受限的線性表，其限制是僅允許在標的一端進行插入和刪除操作，不允許在其他任何位置進行添加、查找、刪除等操作。

  簡單的說：采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點:

• 先進后出（存進去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出該元素）。

• 棧的入口、出口的都是棧的頂端位置。

需要注意的 2 個名詞

• 壓棧：就是存元素。即，把元素存儲到棧的頂端位置，棧中已有元素依次向棧底方向移動一個位置。
• 彈棧：就是取元素。即，把棧的頂端位置元素取出，棧中已有元素依次向棧頂方向移動一個位置。

隊列

• 隊列：queue,簡稱隊，它同堆棧一樣，也是一種運算受限的線性表，其限制是僅允許在表的一端進行插入，而在表的另一端進行刪除。

  簡單的說，采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：

• 先進先出（存進去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出該元素）。

• 隊列的入口、出口各占一側。

棧和隊列的結構圖:

數組

• 數組:Array,是有序的元素序列，數組是在內存中開辟一段連續的空間，並在此空間存放元素。

  簡單的說,采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：

• 查找元素快：通過索引，可以快速訪問指定位置的元素

• 增刪元素慢

  指定索引位置增加元素：需要創建一個新數組，將指定新元素存儲在指定索引位置，再把原數組元素根據索引，復制到新數組對應索引的位置。

  指定索引位置刪除元素：需要創建一個新數組，把原數組元素根據索引，復制到新數組對應索引的位置，原數組中指定索引位置元素不復制到新數組中。

  數組的結構示意圖：

鏈表

• 鏈表:linked list,由一系列結點node（鏈表中每一個元素稱為結點）組成，結點可以在運行時i動態生成。

  每個結點包括兩個部分：

  ​ 一個是存儲數據元素的數據域，

  ​ 一個是存儲下一個結點地址的指針域。

  鏈表結構有單向鏈表與雙向鏈表。

  采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：

  • 多個結點之間，通過地址進行連接。
  • 查找元素慢：想查找某個元素，需要通過連接的節點，依次向后查找指定元素。
  • 增刪元素快：
    • 增加元素：只需要修改連接下個元素的地址即可。
    • 刪除元素：只需要修改連接下個元素的地址即可。

紅黑樹

• 二叉樹：binary tree ,是每個結點不超過2的有序樹（tree） 。

  簡單的理解，就是一種類似於樹的結構，只不過每個結點上都最多只能有兩個子結點。

  二叉樹是每個節點最多有兩個子樹的樹結構。頂上的叫根結點，兩邊被稱作“左子樹”和“右子樹”。

  結構示意圖：

二叉樹的一種比較有意思的叫做紅黑樹，紅黑樹本身就是一顆二叉查找樹，將節點插入后，該樹仍然是一顆二叉查找樹。也就意味着，樹的鍵值仍然是有序的。

紅黑樹的約束:

1. 節點可以是紅色的或者黑色的

2. 根節點是黑色的

3. 葉子節點(特指空節點)是黑色的

4. 每個紅色節點的子節點都是黑色的

5. 任何一個節點到其每一個葉子節點的所有路徑上黑色節點數相同

紅黑樹的特點:

​ 速度特別快,趨近平衡樹,查找葉子元素最少和最多次數不多於二倍。