Java 数据结构
Java 提供了丰富的数据结构来处理和组织数据。
Java 的 java.util 包中提供了许多这些数据结构的实现,可以根据需要选择合适的类。
以下是一些常见的 Java 数据结构:
数组(Arrays)
数组(Arrays)是一种基本的数据结构,可以存储固定大小的相同类型的元素。
int[] array = new int[5];
- 特点: 固定大小,存储相同类型的元素。
- 优点: 随机访问元素效率高。
- 缺点: 大小固定,插入和删除元素相对较慢。
列表(Lists)
Java 提供了多种列表实现,如 ArrayList 和 LinkedList。
List<String> arrayList = new ArrayList<>(); List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
ArrayList:
- 特点: 动态数组,可变大小。
- 优点: 高效的随机访问和快速尾部插入。
- 缺点: 中间插入和删除相对较慢。
LinkedList:
- 特点: 双向链表,元素之间通过指针连接。
- 优点: 插入和删除元素高效,迭代器性能好。
- 缺点: 随机访问相对较慢。
集合(Sets)
集合(Sets)用于存储不重复的元素,常见的实现有 HashSet 和 TreeSet。
Set<String> hashSet = new HashSet<>(); Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
HashSet:
- 特点: 无序集合,基于HashMap实现。
- 优点: 高效的查找和插入操作。
- 缺点: 不保证顺序。
TreeSet:
- 特点:TreeSet 是有序集合,底层基于红黑树实现,不允许重复元素。
- 优点: 提供自动排序功能,适用于需要按顺序存储元素的场景。
- 缺点: 性能相对较差,不允许插入 null 元素。
映射(Maps)
映射(Maps)用于存储键值对,常见的实现有 HashMap 和 TreeMap。
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>(); Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
HashMap:
- 特点: 基于哈希表实现的键值对存储结构。
- 优点: 高效的查找、插入和删除操作。
- 缺点: 无序,不保证顺序。
TreeMap:
- 特点: 基于红黑树实现的有序键值对存储结构。
- 优点: 有序,支持按照键的顺序遍历。
- 缺点: 插入和删除相对较慢。
栈(Stack)
栈(Stack)是一种线性数据结构,它按照后进先出(Last In, First Out,LIFO)的原则管理元素。在栈中,新元素被添加到栈的顶部,而只能从栈的顶部移除元素。这就意味着最后添加的元素是第一个被移除的。
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
Stack 类:
- 特点: 代表一个栈,通常按照后进先出(LIFO)的顺序操作元素。
队列(Queue)
队列(Queue)遵循先进先出(FIFO)原则,常见的实现有 LinkedList 和 PriorityQueue。
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
Queue 接口:
- 特点: 代表一个队列,通常按照先进先出(FIFO)的顺序操作元素。
- 实现类: LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque。
堆(Heap)
堆(Heap)优先队列的基础,可以实现最大堆和最小堆。
PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>(); PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());
树(Trees)
Java 提供了 TreeNode 类型,可以用于构建二叉树等数据结构。
class TreeNode { int val; TreeNode left; TreeNode right; TreeNode(int x) { val = x; } }
图(Graphs)
图的表示通常需要自定义数据结构或使用图库,Java 没有内建的图类。
以上介绍的只是 Java 中一些常见的数据结构,实际上还有很多其他的数据结构和算法可以根据具体问题选择使用。
其他一些说明
以下这些类是传统遗留的,在 Java2 中引入了一种新的框架-集合框架(Collection),我们后面再讨论。
枚举(Enumeration)
枚举(Enumeration)接口虽然它本身不属于数据结构,但它在其他数据结构的范畴里应用很广。 枚举(The Enumeration)接口定义了一种从数据结构中取回连续元素的方式。
例如,枚举定义了一个叫nextElement 的方法,该方法用来得到一个包含多元素的数据结构的下一个元素。
关于枚举接口的更多信息,请参见枚举(Enumeration)。
位集合(BitSet)
位集合类实现了一组可以单独设置和清除的位或标志。
该类在处理一组布尔值的时候非常有用,你只需要给每个值赋值一"位",然后对位进行适当的设置或清除,就可以对布尔值进行操作了。
关于该类的更多信息,请参见位集合(BitSet)。
向量(Vector)
向量(Vector)类和传统数组非常相似,但是Vector的大小能根据需要动态的变化。
和数组一样,Vector对象的元素也能通过索引访问。
使用Vector类最主要的好处就是在创建对象的时候不必给对象指定大小,它的大小会根据需要动态的变化。
关于该类的更多信息,请参见向量(Vector)
栈(Stack)
栈(Stack)实现了一个后进先出(LIFO)的数据结构。
你可以把栈理解为对象的垂直分布的栈,当你添加一个新元素时,就将新元素放在其他元素的顶部。
当你从栈中取元素的时候,就从栈顶取一个元素。换句话说,最后进栈的元素最先被取出。
关于该类的更多信息,请参见栈(Stack)。
字典(Dictionary)
字典(Dictionary) 类是一个抽象类,它定义了键映射到值的数据结构。
当你想要通过特定的键而不是整数索引来访问数据的时候,这时候应该使用 Dictionary。
由于 Dictionary 类是抽象类,所以它只提供了键映射到值的数据结构,而没有提供特定的实现。
关于该类的更多信息,请参见字典( Dictionary)。
Dictionary 类在较新的 Java 版本中已经被弃用(deprecated),推荐使用 Map 接口及其实现类,如 HashMap、TreeMap 等,来代替 Dictionary。
Map 接口及其实现类 可以参考:Java 集合框架。
哈希表(Hashtable)
Hashtable类提供了一种在用户定义键结构的基础上来组织数据的手段。
例如,在地址列表的哈希表中,你可以根据邮政编码作为键来存储和排序数据,而不是通过人名。
哈希表键的具体含义完全取决于哈希表的使用情景和它包含的数据。
关于该类的更多信息,请参见哈希表(HashTable)。
属性(Properties)
Properties 继承于 Hashtable.Properties 类表示了一个持久的属性集.属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
Properties 类被许多Java类使用。例如,在获取环境变量时它就作为System.getProperties()方法的返回值。
关于该类的更多信息,请参见属性(Properties)。