常见数据结构java实现

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常见数据结构的Java实现

在计算机科学中，数据结构是一种组织、管理和存储数据的方式，使得数据可以有效地进行访问和修改。选择合理的数据结构不仅可以提升程序的性能，还能提高代码的可读性。本文将介绍几种常见的数据结构及其在Java中的实现，包括数组、链表、栈、队列和哈希表。

数组

数组是最基本的数据结构之一，它是一个固定大小的顺序存储结构，能够高效地支持随机访问。Java中的数组可以通过如下方式声明和初始化：

// 声明并初始化一个整型数组
int[] numbers = new int[5];

// 赋值
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;

// 访问元素
System.out.println(numbers[2]); // 输出 3

特点

优点：高效的随机访问，能够在O(1)时间复杂度内获取元素。
缺点：大小固定，不支持动态扩展。

链表

相比于数组，链表是一个动态数据结构。每个链表元素包含数据部分和指向下一个元素的指针。Java链表的实现也非常简单：

class Node {
    int data;
    Node next;

    Node(int data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}

class LinkedList {
    private Node head;

    public void append(int data) {
        if (head == null) {
            head = new Node(data);
        } else {
            Node current = head;
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = new Node(data);
        }
    }

    public void display() {
        Node current = head;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.data + " ");
            current = current.next;
        }
    }
}

// 使用示例
LinkedList list = new LinkedList();
list.append(1);
list.append(2);
list.append(3);
list.display(); // 输出 1 2 3

特点

优点：动态扩展，插入和删除操作在O(1)时间内完成。
缺点：随机访问时间复杂度为O(n)，且需要额外的存储空间存放指针。

栈

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，通常用于记录函数调用或表达式求值。Java中可以使用数组或链表来实现栈：

class Stack {
    private LinkedList list = new LinkedList();

    public void push(int data) {
        list.append(data);
    }

    public int pop() {
        // 简化实现，实际应考虑空栈的情况
        int data = list.getLast(); // 假设有个getLast方法可以获取最后一个元素
        list.removeLast(); // 假设有个removeLast方法可以移除最后一个元素
        return data;
    }
}

// 使用示例
Stack stack = new Stack();
stack.push(1);
stack.push(2);
System.out.println(stack.pop()); // 输出 2

特点

优点：提供简单的接口，支持快速的添加和删除操作。
缺点：只能访问栈顶元素，无法访问栈内其它元素。

队列

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，通常用于排队处理任务。Java中也能使用数组或链表实现队列：

class Queue {
    private LinkedList list = new LinkedList();

    public void enqueue(int data) {
        list.append(data);
    }

    public int dequeue() {
        // 简化实现，实际应考虑空队列的情况
        int data = list.getFirst(); // 假设有个getFirst方法获取头元素
        list.removeFirst(); // 假设有个removeFirst方法移除头元素
        return data;
    }
}

// 使用示例
Queue queue = new Queue();
queue.enqueue(1);
queue.enqueue(2);
System.out.println(queue.dequeue()); // 输出 1

特点

优点：提供有序处理，适用于任务调度。
缺点：与栈一样，无法随机访问队列内部元素。

哈希表

哈希表是一种通过哈希函数将键映射到数组索引的数据结构，用于快速数据检索。Java内置的HashMap类正是一种哈希表的实现：

import java.util.HashMap;

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
System.out.println(map.get("A")); // 输出 1