数据结构与算法分析（三）数组

为什么数组是从0开始不是从1开始呢
什么是数组？数组（Array）是一种线性表数据结构。他用一组连续的内存空间，来存储一组具有相同类型的数据
第一个是线性表（Linear List）线性表就是数据排成像一条线一样的结构。每个线性表上的数据最多只有前和后两个方向。除了数组，链表、队列、栈等等也是线性表结构
与线性表对立的概念是非线性表，比如二叉树、堆、图等等。之所以叫非线性，是因为，在非线性表中，数据之间并不是简单的前后关系
第二个是连续的内存空间和相同类型的数据。正是因为这两个限制，他才有了堪称杀手锏的特性“随机访问”。
但是这两个限制也让数组的很多操作变得非常低效，比如在数组中删除、插入一个数据，为了保证连续性，就需要做大量的数据搬移工作
数组是如何实现根据下标随机访问数组元素的？？？？
int[] a = new int [10] 内存块的首地址为base_address=1000
计算机会给每个内存单元分配一个地址，计算机通过地址来访问内存中的数据。当计算机需要随机访问数组中的某个元素时，会使用这个寻址公式，计算出该元素存储的内存地址 a[i]_address = base_address + i * data_type_size
data_type_size表示数组中每个元素的大小
数组和链表的区别：链表适合插入、删除，数组适合查找，数组支持随机访问，根据下标随机访问的时间复杂度为O(1)
数组中低效的插入操作：假设数组长度为n，把一个数据插入到数组的第k个位置。为了给她腾位置，需要将第k~n的元素顺后挪一位。
最好的情况在末尾插入，不需要移动其他数据，时间复杂度为O(1)。但如果在数组的开头插入元素，那所有的数据都要往后挪一位，时间复杂度为O(n)，随机插入的话平均情况时间复杂度为O(n).
为了避免大规模数据迁移，可以把第K个位置的元素移到最后，把新的元素直接放入k位置，这样的话时间复杂度O(1)
数组中的删除操作，跟插入数据类似，如果我们要删除第k个位置的数据，为了内存的连续性，也需要搬移数据，不然中间就会出现空洞，内存就不连续了
和插入类似，删除末尾元素，则最好情况时间复杂度为O(1)，如果删除开头的数据，则最坏情况时间复杂度为O(n)；平均情况时间复杂度也为O(n)
实际上，在某些特殊场景下，我们并不一定非得追求数组中数据的连续性。如果我们将多次删除操作集中在一起执行，删除的效率会提高很多。
类似于JVM标记清除垃圾回收算法的核心思想
警惕数组的访问越界问题
容器能否完全代替数组，针对数组类型，很多语言都提供了容器类，比如java的ArrayList，与数组相比有什么优势呢
ArrayList最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来。比如前面提到的数组插入、删除数据时需要搬移其他数据等。并且他支持动态扩容
数组本身在定义的时候需要预先指定大小，因为需要分配连续的内存空间。如果我们申请了大小为10 的数组，当第11个数据需要存储时会重新分配一块更大的空间，将原来的数据复制过去，再将新的数据插入。
使用ArrayList，每次存储空间不足都会将空间自动扩容为1.5倍大小，因为扩容操作比较耗时，涉及到内存申请和数据搬移，所以我们可以在创建ArrayList的时候事先指定数据大小
当然了数组也有很多适用场景

ArrayList无法存储基本类型，比如int，long,需要封装为Integer、Long类，而Autoboxing、Unboxing则由一定的性能消耗，所以如果特别关注性能，或者希望使用基本类型，就可以用数组
如果数据大小已知，并且对数据的操作非常简单，用不到ArrayList提供的大部分方法，也可以直接使用数组
表示多维数组时，用数组往往会更加直观，比如Objectp[][] array;用容器的话：ArrayList<ArrayList> array.
对于业务开发，直接使用容器就足够了。底层开发还是数组，开发网络框架性能的优化需要做到极致的时候首选数组

总结：C语言设计者用0开始计数数组下标，之后的Java，JS等高级语言都效仿了C语言，或者说为了减少C语言工程师的学习Java成本，因此而为之。也有些语言，MatLab的数组不是从0开始计算。像Python支持负数下标

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