Java面试宝典之数据结构基础 —— 线性表篇
来源：互联网 发布：上海软件开发公司排名 编辑：程序博客网 时间：2024/04/30 20:05
Java之美[从菜鸟到高手演变]之数据结构基础、线性表、栈和队列、数组和字符串
Java面试宝典之数据结构基础 —— 线性表篇
一、数据结构概念
用我的理解，数据结构包含数据和结构，通俗一点就是将数据按照一定的结构组合起来，不同的组合方式会有不同的效率，使用不同的场景，如此而已。比如我们最常用的数组，就是一种数据结构，有独特的承载数据的方式，按顺序排列，其特点就是你可以根据下标快速查找元素，但是因为在数组中插入和删除元素会有其它元素较大幅度的便宜，所以会带来较多的消耗，所以因为这种特点，使得数组适合：查询比较频繁，增、删比较少的情况，这就是数据结构的概念。数据结构包括两大类：线性结构和非线性结构，线性结构包括：数组、链表、队列、栈等，非线性结构包括树、图、表等及衍生类结构。本章我们先讲解线性结构，主要从数组、链表、队列、栈方面进行讨论，非线性数据结构在后面会继续讲解。
二、线性表
线性表是最基本、最简单、也是最常用的一种数据结构。线性表中数据元素之间的关系是一对一的关系，即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。线性表的逻辑结构简单，便于实现和操作。因此，线性表这种数据结构在实际应用中是广泛采用的一种数据结构。其基本操作主要有：
1）MakeEmpty(L) 这是一个将L变为空表的方法
2）Length（L） 返回表L的长度，即表中元素个数
3）Get（L，i） 这是一个函数，函数值为L中位置i处的元素（1≤i≤n）
4）Prev（L，i） 取i的前驱元素
5）Next（L，i） 取i的后继元素
6）Locate（L，x） 这是一个函数，函数值为元素x在L中的位置
7）Insert（L，i，x）在表L的位置i处插入元素x，将原占据位置i的元素及后面的元素都向后推一个位置
8）Delete（L，p） 从表L中删除位置p处的元素
9）IsEmpty(L) 如果表L为空表(长度为0)则返回true，否则返回false
10）Clear（L）清除所有元素
11）Init（L）同第一个，初始化线性表为空
12）Traverse（L）遍历输出所有元素
13）Find（L，x）查找并返回元素
14）Update（L，x）修改元素
15）Sort（L）对所有元素重新按给定的条件排序
16) strstr(string1,string2)用于字符数组的求string1中出现string2的首地址
不管采用哪种方式实现线性表，至少都应该具有上述这些基本方法，下面我会将下数据结构的基本实现方式。
三、基础数据结构
数据结构是一种抽象的数据类型（ADT），可以这么说，我们可以采用任意的方式实现某种数据结构，只要符合将要实现的数据结构的特点，数据结构就是一种标准，我们可以采用不同的方式去实现，最常用的两种就是数组和链表（包括单链表、双向链表等）。数组是非常常见的数据类型，在任何一种语言里都有它的实现，我们这里采用Java来简单实现一下数组。
数组是一种引用类型的对象，我们可以像下面这样的方式来声明数组：
- int a[];
- int[] b;
- int []c;
- a = new int[10];
总结起来，声明一个数组有基本的三个因素：类型、名称、下标，Java里，数组在格式上相对灵活，下标和名称可以互换位置，前三种情况我们可以理解为声明一个变量，后一种为其赋值。或者像下面这样，在声明的时候赋值：
- int c[] = {2,3,6,10,99};
- int []d = new int[10];
我稍微解释一下，其实如果只执行：int[] b,只是在栈上创建一个引用变量，并未赋值，只有当执行d = new int[10]才会在堆上真正的分配空间。上述第一行为静态初始化，就是说用户指定数组的内容，有系统计算数组的大小，第二行恰恰相反，用户指定数组的大小，由系统分配初始值，我们打印一下数组的初始值：
- int []d = new int[10];
- System.out.println(d[2]);
但是，绝对不可以像下面这样：
- int e[10] = new int[10];
我们可以通过下标来检索数组。下面我举个简单的例子，来说明下数组的用法。
- public static void main(String[] args) {
- String name[];
- name = new String[5];
- name[0] = "egg";
- name[1] = "erqing";
- name[2] = "baby";
- for (int i = 0; i < name.length; i++) {
- System.out.println(name[i]);
- }
- }
- package com.xtfggef.algo.array;
- public class Array {
- public static void main(String[] args) {
- int value[] = new int[10];
- for (int i = 0; i < 10; i++) {
- value[i] = i;
- }
- // traverse(value);
- // insert(value, 666, 5);
- delete(value, 3);
- traverse(value);
- }
- public static int[] insert(int[] old, int value, int index) {
- for (int k = old.length - 1; k > index; k--)
- old[k] = old[k - 1];
- old[index] = value;
- return old;
- }
- public static void traverse(int data[]) {
- for (int j = 0; j < data.length; j++)
- System.out.print(data[j] + " ");
- }
- public static int[] delete(int[] old, int index) {
- for (int h = index; h < old.length - 1; h++) {
- old[h] = old[h + 1];
- }
- old[old.length - 1] = 0;
- return old;
- }
- }
要记住：数组是表示相同类型的一类数据的集合，下标从0开始，就行了。
数组实现的线下表可以参考ArrayList，在JDK中附有源码，感兴趣的同学可以读读。下面我简单介绍下单链表。
单链表是最简单的链表，有节点之间首尾连接而成，简单示意如下：
除了头节点，每个节点包含一个数据域一个指针域，除了头、尾节点，每个节点的指针指向下一个节点，下面我们写个例子操作一下单链表。
- package com.xtfggef.algo.linkedlist;
- public class LinkedList<T> {
- /**
- * class node
- * @author egg
- * @param <T>
- */
- private static class Node<T> {
- T data;
- Node<T> next;
- Node(T data, Node<T> next) {
- this.data = data;
- this.next = next;
- }
- Node(T data) {
- this(data, null);
- }
- }
- // data
- private Node<T> head, tail;
- public LinkedList() {
- head = tail = null;
- }
- /**
- * judge the list is empty
- */
- public boolean isEmpty() {
- return head == null;
- }
- /**
- * add head node
- */
- public void addHead(T item) {
- head = new Node<T>(item);
- if (tail == null)
- tail = head;
- }
- /**
- * add the tail pointer
- */
- public void addTail(T item) {
- if (!isEmpty()) {
- tail.next = new Node<T>(item);
- tail = tail.next;
- } else {
- head = tail = new Node<T>(item);
- }
- }
- /**
- * print the list
- */
- public void traverse() {
- if (isEmpty()) {
- System.out.println("null");
- } else {
- for (Node<T> p = head; p != null; p = p.next)
- System.out.println(p.data);
- }
- }
- /**
- * insert node from head
- */
- public void addFromHead(T item) {
- Node<T> newNode = new Node<T>(item);
- newNode.next = head;
- head = newNode;
- }
- /**
- * insert node from tail
- */
- public void addFromTail(T item) {
- Node<T> newNode = new Node<T>(item);
- Node<T> p = head;
- while (p.next != null)
- p = p.next;
- p.next = newNode;
- newNode.next = null;
- }
- /**
- * delete node from head
- */
- public void removeFromHead() {
- if (!isEmpty())
- head = head.next;
- else
- System.out.println("The list have been emptied!");
- }
- /**
- * delete frem tail, lower effect
- */
- public void removeFromTail() {
- Node<T> prev = null, curr = head;
- while (curr.next != null) {
- prev = curr;
- curr = curr.next;
- if (curr.next == null)
- prev.next = null;
- }
- }
- /**
- * insert a new node
- * @param appointedItem
- * @param item
- * @return
- */
- public boolean insert(T appointedItem, T item) {
- Node<T> prev = head, curr = head.next, newNode;
- newNode = new Node<T>(item);
- if (!isEmpty()) {
- while ((curr != null) && (!appointedItem.equals(curr.data))) {
- prev = curr;
- curr = curr.next;
- }
- newNode.next = curr;
- prev.next = newNode;
- return true;
- }
- return false;
- }
- public void remove(T item) {
- Node<T> curr = head, prev = null;
- boolean found = false;
- while (curr != null && !found) {
- if (item.equals(curr.data)) {
- if (prev == null)
- removeFromHead();
- else
- prev.next = curr.next;
- found = true;
- } else {
- prev = curr;
- curr = curr.next;
- }
- }
- }
- public int indexOf(T item) {
- int index = 0;
- Node<T> p;
- for (p = head; p != null; p = p.next) {
- if (item.equals(p.data))
- return index;
- index++;
- }
- return -1;
- }
- /**
- * judge the list contains one data
- */
- public boolean contains(T item) {
- return indexOf(item) != -1;
- }
- }
单链表最好玩儿的也就是增加和删除节点，下面的两个图分别是用图来表示单链表增、删节点示意，看着图学习，理解起来更加容易！
接下来的队列和栈，我们分别用不同的结构来实现，队列用数组，栈用单列表，读者朋友对此感兴趣，可以分别再用不同的方法实现。
四、队列
队列是一个常用的数据结构，是一种先进先出（First In First Out, FIFO）的结构，也就是说只能在表头进行删除，在表尾进行添加，下面我们实现一个简单的队列。
- package com.xtfggef.algo.queue;
- import java.util.Arrays;
- public class Queue<T> {
- private int DEFAULT_SIZE = 10;
- private int capacity;
- private Object[] elementData;
- private int front = 0;
- private int rear = 0;
- public Queue()
- {
- capacity = DEFAULT_SIZE;
- elementData = new Object[capacity];
- }
- public Queue(T element)
- {
- this();
- elementData[0] = element;
- rear++;
- }
- public Queue(T element , int initSize)
- {
- this.capacity = initSize;
- elementData = new Object[capacity];
- elementData[0] = element;
- rear++;
- }
- public int size()
- {
- return rear - front;
- }
- public void add(T element)
- {
- if (rear > capacity - 1)
- {
- throw new IndexOutOfBoundsException("the queue is full!");
- }
- elementData[rear++] = element;
- }
- public T remove()
- {
- if (empty())
- {
- throw new IndexOutOfBoundsException("queue is empty");
- }
- @SuppressWarnings("unchecked")
- T oldValue = (T)elementData[front];
- elementData[front++] = null;
- return oldValue;
- }
- @SuppressWarnings("unchecked")
- public T element()
- {
- if (empty())
- {
- throw new IndexOutOfBoundsException("queue is empty");
- }
- return (T)elementData[front];
- }
- public boolean empty()
- {
- return rear == front;
- }
- public void clear()
- {
- Arrays.fill(elementData , null);
- front = 0;
- rear = 0;
- }
- public String toString()
- {
- if (empty())
- {
- return "[]";
- }
- else
- {
- StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
- for (int i = front ; i < rear ; i++ )
- {
- sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
- }
- int len = sb.length();
- return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
- }
- }
- public static void main(String[] args){
- Queue<String> queue = new Queue<String>("ABC", 20);
- queue.add("DEF");
- queue.add("egg");
- System.out.println(queue.empty());
- System.out.println(queue.size());
- System.out.println(queue.element());
- queue.clear();
- System.out.println(queue.empty());
- System.out.println(queue.size());
- }
- }
队列只能在表头进行删除，在表尾进行增加，这种结构的特点，适用于排队系统。
五、栈
栈是一种后进先出（Last In First Out，LIFO）的数据结构，我们采用单链表实现一个栈。
- package com.xtfggef.algo.stack;
- import com.xtfggef.algo.linkedlist.LinkedList;
- public class Stack<T> {
- static class Node<T> {
- T data;
- Node<T> next;
- Node(T data, Node<T> next) {
- this.data = data;
- this.next = next;
- }
- Node(T data) {
- this(data, null);
- }
- }
- @SuppressWarnings("rawtypes")
- static LinkedList list = new LinkedList();
- @SuppressWarnings("unchecked")
- public T push(T item) {
- list.addFromHead(item);
- return item;
- }
- public void pop() {
- list.removeFromHead();
- }
- public boolean empty() {
- return list.isEmpty();
- }
- public int search(T t) {
- return list.indexOf(t);
- }
- public static void main(String[] args) {
- Stack<String> stack = new Stack<String>();
- System.out.println(stack.empty());
- stack.push("abc");
- stack.push("def");
- stack.push("egg");
- stack.pop();
- System.out.println(stack.search("def"));
- }
- }
本章的内容都是很基础的，重在让读者朋友们理解数据结构的概念，下章开始，我们会介绍树、二叉树等Java中的实现，敬请读者朋友们持续关注！
作者：egg
邮箱：xtfggef@gmail.com
微博：http://weibo.com/xtfggef
博客：http://blog.csdn.net/zhangerqing（转载请说明出处）
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