数据结构，编程的灵魂
数据结构，是程序设计的基石，而数组与集合，则是这门艺术中最为璀璨的明珠。它们的存在，让数据的组织和管理变得有序而高效。本文将深入剖析这些概念，通过丰富示例与实战演练，带你领略数据结构的无穷魅力。
第一章：数组——数据的基石
数组是数据结构中最基本的形式，它提供了一种连续存储相同类型元素的方式。然而，它的灵活性有限，一旦声明，长度便不可改变。
示例代码：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化数组
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
System.out.print(numbers[i] + " ");
}
// 输出: 1 2 3 4 5
第二章：List——动态数组的力量
List集合克服了数组长度固定的局限，提供了动态增长与缩减的能力。它是实现队列、栈等高级数据结构的基础。
示例代码：
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.remove(0); // 删除第一个元素
System.out.println(list); // 输出: [2]
第三章：Set——无序且不重复的集合
Set集合确保了元素的唯一性，非常适合用于去重和成员检测。不同的Set实现（如HashSet与TreeSet）具有各自的特点和优势。
示例代码：
Set<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(1);
set.add(2);
set.add(1); // 不会被添加
System.out.println(set); // 输出: [1, 2]
第四章：Map——键值对的完美匹配
Map集合通过键值对的形式存储数据，提供了一种快速查找和更新数据的方法。HashMap和TreeMap是两种常见的Map实现。
示例代码：
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("One", 1);
map.put("Two", 2);
System.out.println(map.get("One")); // 输出: 1
构建一个图书管理系统
为了加深理解，我们将构建一个简单的图书管理系统。系统将利用数组、List、Set和Map来存储和管理图书信息，包括添加、删除、搜索图书等功能。
实战任务：
- 使用List存储图书列表。
-
- 使用Set存储已借阅的图书。
-
- 实现图书的添加、删除和搜索功能。
首先，定义Book类来存储图书的信息：
public class Book {
private String title;
private String author;
private int year;
public Book(String title, String author, int year) {
this.title = title;
this.author = author;
this.year = year;
}
// Getter 和 Setter 方法
public String getTitle() { return title; }
public void setTitle(String title) { this.title = title; }
public String getAuthor() { return author; }
public void setAuthor(String author) { this.author = author; }
public int getYear() { return year; }
public void setYear(int year) { this.year = year; }
@Override
public String toString() {
return "Title: " + title + ", Author: " + author + ", Year: " + year;
}
}
接下来，创建图书管理系统的主类：
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
public class LibrarySystem {
private ArrayList<Book> books;
private HashMap<String, Book> bookMap;
private HashSet<String> borrowedBooks;
public LibrarySystem() {
books = new ArrayList<>();
bookMap = new HashMap<>();
borrowedBooks = new HashSet<>();
}
// 添加图书
public void addBook(Book book) {
if (!bookMap.containsKey(book.getTitle())) {
books.add(book);
bookMap.put(book.getTitle(), book);
System.out.println("Book added successfully.");
} else {
System.out.println("Book already exists in the library.");
}
}
// 删除图书
public void removeBook(String title) {
if (bookMap.containsKey(title)) {
if (!borrowedBooks.contains(title)) {
books.remove(bookMap.get(title));
bookMap.remove(title);
System.out.println("Book removed successfully.");
} else {
System.out.println("Cannot remove book as it is currently borrowed.");
}
} else {
System.out.println("Book not found in the library.");
}
}
// 借阅图书
public void borrowBook(String title) {
if (bookMap.containsKey(title)) {
if (!borrowedBooks.contains(title)) {
borrowedBooks.add(title);
System.out.println("Book borrowed successfully.");
} else {
System.out.println("Book is already borrowed.");
}
} else {
System.out.println("Book not found in the library.");
}
}
// 归还图书
public void returnBook(String title) {
if (borrowedBooks.contains(title)) {
borrowedBooks.remove(title);
System.out.println("Book returned successfully.");
} else {
System.out.println("Book was not borrowed.");
}
}
// 查询图书
public Book searchBook(String title) {
if (bookMap.containsKey(title)) {
return bookMap.get(title);
} else {
System.out.println("Book not found in the library.");
return null;
}
}
// 显示所有图书
public void displayAllBooks() {
for (Book book : books) {
System.out.println(book);
}
}
}
最后，我们可以创建一个测试类来演示系统的工作流程：
public class LibraryTest {
public static void main(String[] args) {
LibrarySystem system = new LibrarySystem();
system.addBook(new Book("Java", "张三", 2023));
system.addBook(new Book("Python", "李四", 2022));
system.addBook(new Book("C++", "王五", 2021));
system.displayAllBooks();
system.borrowBook("Java");
system.returnBook("Java");
system.removeBook("Python");
system.displayAllBooks();
}
}
