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集合及数据结构第一节————初识集合框架和数据结构

初始集合框架和数据结构

1. 什么是集合框架？
2. 集合框架的重要性
3. 背后所涉及的数据结构以及算法
4. 数据结构的基本概念和术语
5. 逻辑结构和物理结构
6. 数据类型

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一、 集合框架的初步认识

1.什么是集合框架？

java 集合框架 Java Collection Framework ，又被称为容器 container ，是定义在 java.util 包下的一组接口 interfaces和其实现类 classes 。
其主要表现为将多个元素 element 置于一个单元中，用于对这些元素进行快速、便捷的存储 store 、检索 retrieve 、管理 manipulate ，即平时我们俗称的增删查改 CRUD 。
例如，一副扑克牌(一组牌的集合)、一个邮箱(一组邮件的集合)、一个通讯录(一组姓名和电话的映射关系)等等

类和接口总览

Java的集合类和关系不一定只有上图，上图只是描述了部分重要的类和常见的类。

2.集合框架的重要性

1. 开发中的使用

1. 使用成熟的集合框架，有助于我们便捷、快速的写出高效、稳定的代码
2. 学习背后的数据结构知识，有助于我们理解各个集合的优缺点及使用场景

3.背后所涉及的数据结构以及算法（ * * ）

1 什么是数据结构

数据结构(Data Structure)是计算机存储、组织数据的方式，指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的
集合。

2 容器背后对应的数据结构

该阶段，主要学习以下容器，每个容器其实都是对某种特定数据结构的封装，大概了解：

1. Collection：是一个接口，包含了大部分容器常用的一些方法
2. List：是一个接口，规范了ArrayList 和 LinkedList中要实现的方法
   • ArrayList：实现了List接口，底层为动态类型顺序表
   • LinkedList：实现了List接口，底层为双向链表
3. Stack：底层是栈，栈是一种特殊的顺序表
4. Queue：底层是队列，队列是一种特殊的顺序表
5. Deque：是一个接口
6. Set：集合，是一个接口，里面放置的是K模型
   • HashSet：底层为哈希桶，查询的时间复杂度为O(1)
   • TreeSet：底层为红黑树，查询的时间复杂度为O( ),关于key有序的
7. Map：映射，里面存储的是K-V模型的键值对
   • HashMap：底层为哈希桶，查询时间复杂度为O(1)
   • TreeMap：底层为红黑树，查询的时间复杂度为O( )，关于key有序的

3 相关java知识

1. 泛型 Generic
2. 自动装箱 autobox 和自动拆箱 autounbox
3. Object 的 equals 方法
4. Comparable 和 Comparator 接口

二、数据结构的初步认识

1.数据结构的基本概念和术语

1. 数据

数据（data）是事实或观察的结果，是对客观事物的逻辑归纳，是用于表示客观事物的未经加工的原始素材。它是计算机中可以操作的对象，是能被计算机识别，接收，处理的所有符号的集合。数据不仅包括整形，浮点型等数值类数据，还包括字符等非数值类数据。

2.数据元素

数据元素（data element）是数据的基本单位，它在计算机中通常被作为一个整体进行处理。

3. 数据项

数据项（data item）是数据的不可分割的最小单位，一个数据元素可以由若干个数据项组成。

4.数据对象

数据对象（data object）是具有相同性质且特征相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。

5. 数据结构

在计算机中，数据元素并不是孤立的，杂乱无序的，而是存在特定的逻辑关系，，我们把这种关系叫做数据结构（logic structure）。

2.逻辑结构和物理结构（ * ）

逻辑结构

1.集合结构

集合结构：集合结构的数据元素之间除了同属于一个集合的关系外，它们没有其他任何关系。

2.线性结构

线性结构：结构中的数据元素之间存在一对一的关系。

3.树形结构

树形结构：结构中的数据元素之间存在一对多的层次关系。

4. 图形结构

图形结构：结构中的数据元素之间存在多对多的关系。

物理结构

数据的存储结构（physical structure）是数据的逻辑结构在计算机内存中的存储方式，又被称为物理结构。它研究的是数据的逻辑结构在计算机中的实现方法，包括数据元素的表示和元素间关系的表示。一种逻辑结构通常可以采用多种存储方式。

1. 顺序存储结构

顺序存储结构（Sequential Storage Structure）：数据元素按照其逻辑顺序在内存中连续存储。这是最简单和常见的存储结构，适用于线性表等序列型结构。

2. 链式存储结构

链式存储结构（Linked Storage Structure）：数据元素通过指针相互链接，在内存中非连续存储。每个数据元素包含指向下一个元素的指针。链式存储结构适用于动态数据结构，如链表和树。

3. 索引存储结构

索引存储结构（Indexed Storage Structure）：通过建立索引表来存储数据元素的地址和关键字，索引表按照关键字的顺序进行排列。通过索引表可以快速找到想要的数据元素。常见的索引存储结构有顺序索引、散列索引等。

4. 散列存储结构

散列存储结构（Hashed Storage Structure）：通过散列函数将关键字映射到存储位置。散列存储结构适用于需要通过关键字快速查找元素的情况，如哈希表。

3.数据类型

数据类型定义

数据结构中的数据类型定义是指一组值和操作的集合，其定义包括这些值的种类、它们如何表示、以及对它们执行的操作。例如，在C语言中数据类型分为基本类型和构造类型。基本类型包括整形、浮点型、字符型等，构造类型包括数组、结构、联合、指针、枚举型、自定义类型等。指针数据类型可用于创建更复杂的数据结构，例如数组、链表、栈、队列、树和图等。

抽象数据类型

抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）是指具有特定操作和属性的数据类型，其实现方式并不确定，只是一种抽象的描述。

ADT 的基本定义通常由三个部分组成：

1. 数据的表示，描述数据对象的基本元素以及它们之间的关系。
2. 数据的操作，描述数据对象上的基本操作，包括建立、销毁、查找、插入、删除等。
3. 对数据类型的约束条件，描述数据对象必须满足的条件，包括数据类型的定义域、取值范围、存储分配等。

以下是几个 ADT 的定义和例子：

1. 栈（Stack）

数据的表示：栈是一种线性数据结构，可以想象成一堆盘子，只能从最上面取盘子，也只能往最上面放盘子。

数据的操作：栈上的基本操作包括 push（压栈）、pop（弹栈）、top（返回栈顶元素）、isEmpty（判断栈是否为空）、isFull（判断栈是否已满）等。

对数据类型的约束条件：栈通常有一个大小限制，且只能从栈顶进行操作。

2. 队列（Queue）

数据的表示：队列也是一种线性数据结构，可以想象成排队，先进先出。

数据的操作：队列上的基本操作包括 enqueue（入队）、dequeue（出队）、front（返回队头元素）、rear（返回队尾元素）、isEmpty（判断队列是否为空）等。

对数据类型的约束条件：队列的大小可能有限制，且只能从队头或队尾进行操作。

3. 集合（Set）

数据的表示：集合是一种非线性数据结构，由一组元素构成，元素之间无序，不可重复。

数据的操作：集合上的基本操作包括 add（添加元素）、remove（删除元素）、contains（判断元素是否存在）、size（返回集合大小）、intersection（返回两个集合的交集）等。

对数据类型的约束条件：集合中的元素是无序、不可重复的。