數據結構分析及其實現(Stack、Queue、Tree、LinkedList)
常見數據結構分析及實現
說明
- 本文中的代碼是參考《Java編程思想》、某培訓機構。
- 文中的代碼放Github了，有興趣的能夠看看，點個star鼓勵下我。
- 代碼在Sublime中敲的，坑爹的GBK，註釋了不少中文，一轉碼不能用了！！！
- 重點在思想，而不是實現 。再次推薦《Java編程思想》。
一、數據結構java
編程的本質就是對數據(信息以數據的形式而存在)的處理，實際編程中不得不處理大量數據，所以實際動手編程以前必須先分析處理這些數據，處理數據之間存在的關係。node
現實的數據元素之間有個錯綜複雜的邏輯關係，須要採用合適的物理結構來存儲這些數據，並以此爲基礎對這些數據進行相應的操做。同時還要分析這些數據結構在時間和空間上的開銷。這種專門研究應用程序中的數據之間的邏輯關係，存儲方式及其操做的學問就是數據結構。git
數據元素之間存在的關聯關係被稱爲數據的邏輯結構,概括起來，大體有以下四種基本的邏輯結構：github
- 集合：數據元素之間只有"同屬於一個集合"的關係
- 線性關係：數據元素之間存在一個對一個的關係
- 樹形結構：數據元素之間存在一個對多個的關係
- 圖狀結構或網狀結構：數據元素之間存在多個對多個的關係。
腦補圖：算法
圖片>代碼>文字,我的理解，能用圖片說明問題的就不要用代碼，同理，儘可能用代碼+文字解釋問題的本質。編程
同一種的邏輯結構，在底層一般有兩種物理存儲結構：數組
- 順序存儲結構，如一維數組
- 非順序存儲結構，如鏈式存儲結構(鏈表)、散列
順序結構適合讀操做(爲啥呢？由於有索引啊)，鏈表存儲適合寫操做(爲啥呢？斷開，加上節點就完成，不須要底層複製啊)網絡
算法的設計取決於邏輯結構：算法的實現依賴於存儲結構。對象的設計取決於類結構，(...)數據結構
什麼是數據結果呢？數據結構概括起來所要研究的問題就三方面：app
- 數據元素之間的客觀聯繫(邏輯結構)
- 數據在計算機內部的存儲方式(存儲結構)
- 針對數據實施的有效的操做和處理(算法)
對象之間的關係(對現實的抽象，繼承？組合?)，存儲在內存中哪裏，堆上啊，怎麼存？存在數組裏？hash表裏？怎麼處理的啊？增刪改查啊，排序那，加密解密啊，
Stack
對於普通的線性表而言，它的做用是一個容器，用於裝具備類似結果的數據。
- 分爲順序存儲機構和鏈式存儲結構
- 能夠進行插入、刪除和排序的操做
- 若是線性表之容許在線性表的某端添加、刪除元素，這時就演變爲：棧和隊列。(先進後出(彈夾)，先進先出(火車站排隊))
如下圖片來自維基百科(百X百科就別看了)
原諒沒放恐怖的，來自Google(百X就別用了)
棧(Stack),是一種特殊的線性表，只能在固定的一端(線性表的尾端)進行插入、刪除操做。
- 容許進行插入、刪除操做的一端爲棧頂(top),另外一端，你猜？(bottom)
- 進棧：將一個元素插入棧的過程，棧的長度+1，(壓入子彈)
- 出棧：刪除一個元素的過程，棧的長度-1.(彈出發射...)
- 先進後出，或者說後進先出。
- 經常使用操做：初始化，(隨着棧幀的移除，方法在執行。可能出現stackoverflow.com/),++i,i++,
- 在Java中繼承關係，Stack繼承自Vector，List，(abstractList?)
需求： 請編寫代碼實現Stack類，該類可以實現後進先出的堆棧功能，要求實現的方法包括：
- Stack(int) 實例化指定深度的棧
- boolean push(E item) 像棧頂壓入對象，成功返回true，棧已滿返回false
- E pop() 從棧頂移除對象並返回，爲空則返回null
- E peek() 查看並返回棧頂的對象，爲空返回null
- int size() 返回棧中當前元素數量
- int depth() 返回當前堆棧深度
萬惡的字符編碼，無比的鬱悶如下全部代碼參考網絡，在Sublime中編寫。
基於單列表實現：
class Node<E> {
Node<E> next = null;
E data;
public Node(E data) {
this.data = data;
}
}
//採用單鏈表實現棧
public class MyStack<E> {
int depth; //棧的深度
public MyStack(int i) {
this.depth = i;
}
Node<E> top = null;
//將元素壓入棧中
public boolean push(E data) {
if(size() < depth) {
Node<E> newNode = new Node<E>(data);
newNode.next = top;
top = newNode;
return true;
}
return false;
}
//讀取棧中的頭節點，不刪除頭節點
public E peek() {
if(top ==null) {
return null;
}
return top.data;
}
//獲取棧中的頭節點，並刪除頭節點
public E pop() {
if(top ==null) {
return null;
}
Node<E> tmp = top;
top = top.next;
return tmp.data;
}
//棧的元素個數
public int size() {
int len = 0;
Node tmeNode = top;
while(tmeNode != null) {
tmeNode = tmeNode.next;
len++;
}
return len;
}
//當前棧的深度
public int depth() {
return this.depth;
}
public static void main(String[] args) {
MyStack stack = new MyStack(2);
System.out.println(stack.push(1));
System.out.println(stack.push(2));
System.out.println(stack.push(3));
System.out.println("棧的元素個數： " +stack.size());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println("棧的元素個數： " + stack.depth());
}
}
---------------------------此代碼來自《Java編程思想》----------------------------------
import java.util.LinkedList;
public class Stack<T> {
private LinkedList<T> storage = new LinkedList<T>();
public void push(T v) { storage.addFirst(v); }
public T peek() { return storage.getFirst(); }
public T pop() { return storage.removeFirst(); }
public boolean empty() { return storage.isEmpty(); }
public String toString() { return storage.toString(); }
}
複製代碼
在來看看大佬的另外一種實現，簡單明瞭啊。
public class LinkedStack<T> {
private static class Node<U> {
U item;
Node<U> next;
Node() {
item = null;
next =null;
}
Node(U item,Node<U> next) {
this.item = item;
this.next = next;
}
boolean end() {
return item == null && next == null;
}
}
private Node<T> top = new Node<T>();
public void push(T item) {
top = new Node<T>(item,top);
}
public T pop() {
T result = top.item;
if (!top.end()) {
top = top.next;
}
return result;
}
public static void main(String[] args) {
LinkedStack<String> lss = new LinkedStack<String>();
for (String s : "Phasers on stun!".split(" ") )
lss.push(s);
String s;
while((s = lss.pop()) != null)
System.out.println(s);
}
}
輸出以下：
I:\Java\note\sort\code>java LinkedStack
stun!
on
Phasers
複製代碼
Queue
隊列(queue),也是一種特殊的線性表，使用固定的一端來插入數據，另外一端用於刪除數據
- 先進先出，就像火車站排隊買票同樣！！！，整個隊伍向前面移動。
- 分爲順序隊列結構和鏈式隊列結構
- 從JDK 5 開始，Java集合框架提供了Queue接口，實現該接口的類能夠當成隊列使用，如LinkedBlockingQueue，PriorityBlockingQueue。
- 能夠經過輪詢和等待-通知機制實現阻塞隊列。
具體Queue實現：
import java.util.*;
public class SimpleQueue<T> implements Iterable<T> {
private LinkedList<T> storage = new LinkedList<T>();
public void add(T t){
storage.offer(t);
}
public T get() {
return storage.poll();
}
public Iterator<T> iterator() {
return storage.iterator();
}
public static void main(String[] args) {
SimpleQueue queue = new SimpleQueue();
queue.add(8);
System.out.println(queue.get());
}
}
複製代碼
咱們在來看看用Stack如何實現Queue，很是不錯，《Java編程思想》
import java.util.Stack;
public class MyQueue{
Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
Stack<Integer> stackTmp = new Stack<Integer>();
//Push element X to the back of queue
public void push(int x) {
stack.push(x);
}
//Removes the element form in front of queue
public void pop() {
if (stackTmp.isEmpty()) {
while (!stack.isEmpty()) {
int tmp = stack.peek();
stackTmp.push(tmp);
stack.pop();
}
}
else {
stackTmp.pop();
}
}
//Get the front element
public int peek() {
if (!stackTmp.isEmpty()) {
int tmp = stack.peek();
stackTmp.push(tmp);
}
return stackTmp.peek();
}
//Return whether the queueis empty
public boolean empty() {
if (stackTmp.isEmpty() && stack.isEmpty()) {
return true;
}else {
return false;
}
}
public static void main(String[] args) {
MyQueue queue = new MyQueue();
queue.push(8);
System.out.println(queue.empty()); //false
}
}
複製代碼
Tree
樹，也是一種數據結構，非線性的，這種結構內的元素存在一對多的關係。
-
樹，尤爲是二叉樹應用很普遍，排序二叉樹，平衡二叉樹，紅黑樹。
-
二叉樹，在普通的樹的基礎上，讓一顆樹中每一個節點最多隻能包含兩個子節點，且嚴格區分左子節點和右子節點(位置不能變化) -遍歷二叉樹，考慮深讀，優先遍歷。(先序遍歷、中序遍歷、後續遍歷)和廣度優先遍歷。
-
哈夫曼樹，一種帶權路徑最短的二叉樹，在信息檢索中很是有用
-
哈夫曼編碼，假設須要對一個字符串如「abcabcabc」進行編碼，將它轉化爲惟一的二進制碼，同時要求轉換出來的二進制碼的長度最小。能夠採用哈夫曼樹來解決報文編碼問題
-
排序二叉樹：一種特殊的二叉樹，能夠很是方便的對樹中的全部節點進行排序和檢索。
二叉樹，這裏採用遞歸和內部類的思想。
public class BinaryTree {
private Node root;
//添加節點
public void add(int data) {
if (root ==null) {
root = new Node(data);
}else {
root.addNode(data);
}
}
//打印節點
public void print() {
root.printNode();
}
private class Node {
private int data;
private Node left;
private Node right;
public Node(int data) {
this.data = data;
}
public void addNode(int data) {
//核心思想就是進來先個當前節點比，若是若是小於則在左邊添加，若是左邊沒子節點，則建立，若是有添加
if (this.data > data) {
if (this.left == null) {
this.left = new Node(data);
}else {
this.addNode(data); //這裏應該是採用遞歸。
}
}else {
if (this.right == null) {
this.right = new Node(data);
}else {
this.right.addNode(data);
}
}
}
//中序遍歷
public void printNode() {
if (this.left != null) {
this.left.printNode();
}
System.out.println(this.data + "->");
if (this.right !=null) {
this.right.printNode();
}
}
}
}
------------------------測試-----------------------------------------------
public static void main(String[] args) {
BinaryTree bt = new BinaryTree();
// 八、三、十、一、六、1四、四、七、13
bt.add(8);bt.add(3);bt.add(10);
bt.add(1);bt.add(6);bt.add(14);
bt.add(4);bt.add(7);bt.add(13);
bt.print();
}
輸出：
1->3->4->6->7->8->10->13->14->
複製代碼
LinkedList
ArrayList由於亂碼，寫了一半，無奈啊，徹底坑我，其思想就是根據索引，涉及到擴容，判斷越界了麼，。這裏先無論了。直接看LinkedList。
public class MyLinkedList {
protected Node first; // 鏈表的第一個節點
protected Node last; // 鏈表的最後一個節點
private int size; // 節點的數量
// 鏈表中的每個節點
public class Node {
public Node(Object ele) {
this.ele = ele;
}
Node prev; // 上一個節點對象
Node next; // 下一個節點對象
public Object ele; // 當前節點中存儲的數據
}
public void addFirst(Object ele) {
Node node = new Node(ele); //須要保存的節點對象
//進來一個節點，若是爲空的話，它可定時第一個，也是最後一個
if (size == 0) {
this.first = node;
this.last = node;
}else {
node.next = this.first; // 把以前第一個做爲新增節點的下一個節點，(進來一個，當前的只能當老二了。)
this.first.prev = node; // 把新增節點做爲以前第一個節點的上一個節點
this.first = node; // 把新增的節點做爲第一個節點
}
size++;
}
//這裏很重要，別忘記
public void addLast(Object ele) {
Node node = new Node(ele);
if (size == 0) {
this.first = node;
this.last = node;
}else {
this.last.next = node; // 新增節點做爲以前最後一個節點的下一個節點(由於是加在後面，因此當前節點的下一個纔是 新增節點)
node.prev = this.last; // 以前最後一個節點做爲新增節點的上一個節點
this.last = node; // 把新增的節點做爲最後一個節點
}
}
//原諒我複製了
public void remove(Object ele) {
// 找到被刪除的節點
Node current = this.first;// 肯定爲第一個節點,從頭至尾開始找
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (!current.ele.equals(ele)) {// 當前爲true !true 爲false ,說明找到當前ele,輸出
if (current.next == null) { // 續上: 若是false取反爲true, 判斷是否最後一個,
return;
}
current = current.next;
}
}
//刪除節點
if(current==first){
this.first = current.next; //當前的下一個做爲第一個
this.first.prev = null; //當前下一個對上一個的引用設置爲null
}else if(current==last){
this.last = current.prev;
this.last.next = null;
}else{
//把刪除當前節點的下一個節點做爲刪除節點的上一個節點的next
current.prev.next =current.next;
//把刪除節點的上一個節點做爲刪除節點下一個節點的prev
current.next.prev = current.prev;
}
size--;
//System.out.println("current =" + current.ele);
}
public String toString() {
if (size == 0) {
return "[]";
}
StringBuilder sb = new StringBuilder(size * 2 + 1);
Node current = this.first;// 第一個節點
sb.append("[");
for (int i = 0; i < size; i++) {
sb.append(current.ele);
if (i != size - 1) {
sb.append(",");
} else {
sb.append("]");
}
current = current.next; // 獲取本身的下一個節點
}
return sb.toString();
}
}
複製代碼
這個雙向列表有點難理解，仍是看圖吧，
線性鏈表：
雙向鏈表：
先到這裏吧，gogogo，機會是留給有準備的人，
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