【數據結構】之動態數組

時間 2020-04-15

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1、引言

使用java語言，基於java原生數組實現一個簡單的動態數組，具有基礎的擴容、縮容，並實現基礎的增、刪、改、查等功能。java

2、編碼實現

/**
 * 動態數組，java原生數組二次封裝
 */
public class Array<E> {

    /**
     * 基於Java原生數組，保存數據的容器
     */
    private E[] data;

    /**
     * 當前元素個數
     */
    private int size;

    public Array(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    /**
     * 默認數組容量capacity=10
     */
    public Array() {
        this(10);
    }

    /**
     * 獲取數組中元素個數
     * @return
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 獲取數組的容量
     * @return
     */
    public int getCapacity() {
        return data.length;
    }

    /**
     * 判斷數組是否爲空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 在全部元素後面添加新元素
     * @param e 元素
     */
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    /**
     * 在全部元素前面添加新元素
     * @param e 元素
     */
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    /**
     * 向index索引位置插入一個新元素e
     * @param index 數組索引位置
     * @param e 元素
     */
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("addList failed. index < 0 || index > size");
        }

        //空間不足，擴容
        if (size == data.length) {
            resize(2 * data.length);
        }

        for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
            data[i + 1] = data[i];
        }
        data[index] = e;
        size++;
    }

    /**
     * 根據元素索引獲取數組元素
     * @param index 索引
     * @return
     */
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("get failed. index is illegal");
        }
        return data[index];
    }

    /**
     * 根據元素索引修改數組元素
     * @param index 索引
     * @param e 元素
     * @return
     */
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("get failed. index is illegal");
        }
        data[index] = e;
    }

    /**
     * 判斷包含元素
     * @param e 元素
     * @return
     */
    public boolean contains(E e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 查找元素索引
     * @param e 元素
     * @return 返回元素索引，若是不存在則返回-1
     */
    public int find(E e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 移除指定索引的元素
     * @param index 索引
     * @return 返回被移除的元素
     */
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("get failed. index is illegal");
        }
        E ret = data[index];
        for (int i = index + 1; i < size; i++) {
            data[i - 1] = data[i];
        }
        size--;
        data[size] = null;

        //空間利用率低，數組縮容，防止複雜度震盪
        if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
            resize(data.length / 2);
        }

        return ret;
    }

    /**
     * 移除第一個元素
     * @return 返回被移除元素
     */
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    /**
     * 移除最後一個元素
     * @return 返回被移除元素
     */
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    /**
     * 移除數組中一個元素
     * @param e 元素
     */
    public void removeElement(E e) {
        int index = find(e);
        if (index != -1) {
            remove(index);
        }
    }

    /**
     * 數組容器擴容、縮容
     * @param newCapacity 新的容量
     */
    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[i];
        }
        data = newData;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Array: size = %d, capacity = %d\n", size, data.length));
        res.append("[");
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            res.append(data[i]);
            if (i != size - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("]");
        return res.toString();
    }

}

3、簡單複雜度分析

一、新增相關方法

add(index,e) => O(n) : 添加操做可能在任意位置插入元素，而且須要挪動插入位置後的全部元素，從機率上來講應該是O(n/2),同元素個數呈線性關係。
addFirst(e) => O(n) : 元素始終插入在數組首位，那麼每次插入動做，全部元素都要向後移動,同元素個數呈線性關係。
addLast(e) => O(1) : 元素始終插入在末尾，不存在元素移動，不管有多少個元素，此插入操做始終只有一次基本操做。

說明： 新增相關操做有可能會觸發擴容操做，而擴容操做是須要複製已有元素的，因此擴容自己的時間複雜度是O(n),新增相關操做的最壞複雜度是O(n)的segmentfault