前言:
数据结构是计算存储,组织数据的方式。数据结构是指相互间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下,精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。
Data Structure Visualization 数据结构可演示线上地址
一.线性结构
1.1 数组
数组(Array)是一种线性表数据结构。它用于存储固定大小的相同类型的数据元素。在数组中,数据元素按照有序的方式进行排列,可以通过索引访问数组中的任意位置的元素。
//动态初始化:初始化时由程序员指定数组长度,由系统为数组元素分配初始值
char c1[] = new char[5];//静态初始化:初始化由程序员显示指定每个数组的初始值,由系统决定数组的长度
char c2[] = new char[]{'A','B','C'};
char c3[] = {'D','E','E','U'}
数组的特点:
- 顺序存储:数组中的元素按照顺序存储在内存空间中,每个元素都有一个唯一的索引,可以通过索引快速访问。
- 大小固定:一旦定义了数组的大小,就不能改变。如果需要更大的存储空间,需要重新定义一个新的数组。
- 元素类型相同:数组中的所有元素必须是相同的类型。
- 无界数组:数组的长度可以是任意的整数,只要内存空间足够。
数组优点:
1.访问速度快:由于数组是顺序存储,可以通过索引直接访问数组中的元素,复杂度为O(1)
2.易于实现:数组是一种简单的数据结构,容易实现和操作
数组缺点:
1.大小固定:数组大小固定,不能动态扩展。如果需要更多的存储空间,需要重新定义一个新的数组,会增加额外的开销。
2.空间利用率低:由于数组是连续的的内存空间,即使某些位置没有被使用,也不能被其他数据结构使用,导致空间利用率较低。
1.2 队列
队列是一种特殊的数据结构,其特点是先进先出(FIFO)原则。队列中的原色只能从一端(队尾)加入,队头 删除
队列特点:
1.先进先出:队列中的元素遵守先进先出的原则,即最早进入的最先被删除。
2.插入和删除发生在两端:插入在队尾,删除在队头。
3.无界队列:队列的长度可以是任意整数,只要内存空间够。
public static void main(String[] args) {Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();queue.add(1);queue.add(2);queue.add(3);System.out.println("队列:" + queue);//队列:[1, 2, 3]System.out.println("访问队列头:" + queue.peek());//访问队列头:1System.out.println("队列:" + queue);//队列:[1, 2, 3]System.out.println("删除队列头:" + queue.poll());//删除队列头:1System.out.println("队列:" + queue);//队列:[2, 3]}
1.3 链表
链表是一种常见的数据结构,通过指针将一组零散的内存块串联在一起。链表中的每个内存块被称为节点,每个节点除了存储数据外,还需要记录链上的下一个节点的地址。
特点:
1.不需要连续的内存空间
2.有指针引用
3.插入/删除数据效率高,时间复杂度O(1) [只需要更改指针指向即可];但是,随机访问效率低,时间复杂度O(n) 级别[需要从链头至链尾进行遍历]
4.和数组相比,内存空间消耗更大,因为每个存储数据的节点都需要额外的空间存储后继指针。
链表包括 单向链表 ,双向链表和循环链表等类型。其中
单向链表的节点只有一个后继指针next指向后面的节点;
双向链表的节点除了有一个后继指针next指向后面的节点,还有一个前驱指针prev指向前面节点
循环链表:与单向链表区别是尾节点的指针指向投节点,形成一个环
1.4 栈
栈(stack)是一种后进先出(LIFO)的数据结构,它只能在一端进行插入和删除操作,这一端被称为栈顶,另外一端被称为栈底。栈的元素之间存在一种顺序关系,这种顺序关系由元素的插入和删除决定。
栈的主要操作:
1.入栈(push)
2.出栈(pop):
3.判断栈空(is_empty)
4.获取栈顶元素(top)