【入门必备】Java数据结构详解

文章目录

队列
- 代码实现
- 环形队列
链表
- 单链表
- - add/addByOrder
  - delete/update
- 代码实现
- 双向链表
- 代码实现
- 环形链表（Joseph Ring）
- 环形链表代码实现
- - 解决Joseph问题代码实现
栈
- - 代码实现
- 栈的实际应用

数据结构所必备的知识，适合入门学习，作者也是一边学习一边分享，如果觉得写的还不错的话，欢迎点一个收藏再走哦~~~，后续会出更多有关于数据结构与算法的文章，也请大家多多关注！

队列

队列最显著的特点就是先进先出。

思路：
使用front和rear两个指针，front永远指向队列头的前一个元素，rear指向队列尾。
入队：rear后移，给数组赋值。
出队：front后移，取出该数组。
arr[front+1]为队列头部。

代码实现

/*** arr[] 用数组来模拟队列。* maxSize 表示数组最大容量。* front 用于指向队列头。* rear 用于指向队列尾。*/
public class ArrayQueue {private int []arr;private int maxSize;private int front;private int rear;public ArrayQueue(int maxSize){this.maxSize=maxSize;arr = new int[maxSize];front=-1;rear=-1;}// 判断队列是否满public boolean isFull(){return rear==maxSize-1;}//判断队列是否空public boolean isEmpty(){return rear==front;}//添加数据到队列。public void addQueue(int date){if(isFull()){System.out.println("False");return ;}rear++;arr[rear]=date;}//出队列public int getQueue(){if(isEmpty()){//由于返回int所以这里利用抛出异常。throw new RuntimeException("Error");}front++;return  arr[front];}// 显示队列的所有数据public void showQueue() {if (isEmpty()) {System.out.println("队列空的，没有数据~~");return;}for (int i = 0; i < arr.length; i++) {System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);}}}

环形队列

这里可以直接参考之前写的一篇文章，里面讲的非常详细！
链接：环形队列详解

链表

单链表不需要连续的存储空间，所以在删除和增加结点时不需要像顺序表一样需要移动全部的元素，提高运行效率。

单链表

add/addByOrder

（add）设置辅助变量
循环遍历链表，找到链表的最后一个结点。
temp.next=node

（addByOrder）设置辅助变量
循环遍历链表，找到插入点的前一个位置。（考虑：如果序号相同，无法插入。）
node.next=temp.next 和 temp.next=node（注意顺序，要让新增节点先指向。）

delete/update

(delete)设置辅助变量。
遍历链表，找到需要删除的结点的前一个结点。
temp.next=temp.next.next

(update)设置辅助变量。
遍历链表，找到需要更改的结点。
temp.date=node.date

代码实现

class SingleList{Node1 head=new Node1(0,0);//增加链表到最后public void add(Node1 node){Node1 temp=head;while(true){if(temp.next==null){break;}temp=temp.next;}temp.next=node;}//按序号增加链表public void addByOrder(Node1 node){Node1 temp=head;while(true){if(temp.next==null){break;}if(temp.next.no>=node.no){break;}temp=temp.next;}node.next=temp.next;temp.next=node;}//删除指定结点public void delNode(Node1 node){Node1 temp=head;while(true){if(temp.next==node){break;}temp=temp.next;}temp.next=temp.next.next;}//修改单链表的结点public void update(Node1 node,int update){Node1 temp=head;while(true){if(temp.no==node.no){break;}temp=temp.next;}temp.date=update;}//打印单链表public void list(){Node1 temp=head.next;if(head.next==null){System.out.println("Empty!");}while(temp!=null){System.out.println(temp.toString());temp=temp.next;}}
}
//创建一个类，每个类的对象就是一个结点。
class Node1{public int date;public int no;public Node1 next;public Node1(int date, int no) {this.date = date;this.no = no;}@Overridepublic String toString() {return "Node1{" +"date=" + date +", no=" + no +'}';}
}

双向链表

对于单向链表而言，只有一个查找方向，并且不能自我删除。
所以引入双向链表，与单向链表的主要不同点只是在于pre指针的引入和删除操作
next：指向下一个结点。
pre：指向前一个结点。

操作思路：

遍历和修改：和单链表一样，遍历可以向前也可以向后查找。
添加(添加到最后)：先找到最后的节点。
temp.next=newNode;
newNode.pre=temp;
2.1 添加（按序号添加）：除了单链表的两个基础指向代码，还需要新增以下代码：
node.pre=temp;
node.next.pre=node;
删除：直接找到待删除节点(temp)。
(1)temp.pre.next=temp.next;
//删除节点的前一个节点【指向】删除节点的下一个节点。
(2)注意！！ 如果要删除的结点不是最后一个结点，那么执行（3）
(3)temp.next.pre=temp.pre;
//删除节点的后一个节点向前【指向】删除节点的前一个节点。

代码实现

class DoubleLinkedlistDemo{private Nodes head=new Nodes(0,0);//默认加到链表最后。public void add(Nodes node){Nodes temp=head;while(true){if(temp.next==null){break;}temp=temp.next;}temp.next=node;node.pre=temp;}//按照no的顺序增加链表。public void addByOrder(Nodes node){Nodes temp=head;boolean flag=false;while(true){if(temp.next==null){flag=true;break;}if(temp.next.no>=node.no){break;}temp=temp.next;}if(flag){add(node);return;}//让添加进来的节点先指向。//单链表指向。node.next=temp.next;temp.next=node;//双向链表新增指向。node.pre=temp;node.next.pre=node;}//删除节点。（找到当前要删除的节点即可）public void del(Nodes node){Nodes temp=head;if(head.next==null){System.out.println("Empty!");return ;}while(true){if(temp== node){break;}temp=temp.next;}//绕过当前结点，指向下一个结点。temp.pre.next=temp.next;if(temp.next!=null){temp.next.pre=temp.pre;}}//打印链表,同单链表一样public void list(){Nodes temp=head;while(true) {temp=temp.next;System.out.println(temp);if(temp.next==null){break;}}}
}class Nodes{public int no;public int date;public Nodes next;public Nodes pre;public Nodes(int no,int date){this.no=no;this.date=date;}@Overridepublic String toString() {return "Nodes{" +"no=" + no +", date=" + date +'}';}
}

环形链表（Joseph Ring）

思路分析：

创建first指针，永远指向第一个元素，并且自成环状。
建立辅助指针cur，通过移动辅助指针来添加节点。
2.1 具体步骤为：辅助指针指向下一个节点、后移、再指向first。

环形链表代码实现

class CircleLinkedListDemo {//创建first节点，永远指向第一个元素，保持不动。private Node first = null;//创建环形链表。public void buildCLL(int nums) {if (nums < 1) {System.out.println("无法加入小于一个的链表");return;}//先创建第一个结点。Node node1 = new Node(1);//让first指向第一个节点first = node1;//first指向自己，形成环状。first.next = first;//建立辅助指针，通过移动辅助指针来添加节点。Node cur = null;cur = first;for (int i = 2; i <= nums; i++) {Node node = new Node(i);//辅助指针指向下一个节点。cur.next = node;//辅助指针后移。cur = cur.next;//辅助指针指向第一个节点。cur.next = first;}}//用来打印环形链表public void list1(){Node temp=first;while(true){//如果到了环形链表的最后，退出循环。if(temp.next==first){break;}System.out.println(temp.toString());temp=temp.next;}System.out.println(temp.toString());}
}
class Node{// 这里也可以设置为私有属性，重写方法getNext和setNext即可。public int no;public Node next;public Node(int no){this.no=no;}@Overridepublic String toString() {return "Node{" +"no=" + no +'}';}
}

解决Joseph问题代码实现

思路分析：

创建两个结点，first（遍历环形链表）和helper（帮助出圈）。
first指向startNo的结点，helper则指向first的前一个结点。
找到需要出圈的结点后打印，并将结点出圈：
first=first.next; helper.next=first;

    /**** @param nums 表示环形链表节点个数。* @param startNo 表示从第几个节点开始数。* @param countNo 表示数了几下。 每数countNo下，就删除当前结点。*/public void Joseph(int nums,int startNo,int countNo){if(startNo<1|| startNo>nums || nums<1){System.out.println("数据输入有误");return ;}// 创建一个辅助节点，初始化为指向first的前一个结点。Node helper=first;while(true){if(helper.next==first){break;}helper=helper.next;}// 在开始之前，先将first指向开始的节点。for(int i=0;i<startNo-1;i++){first=first.next;helper=helper.next;}// 出圈，是一个循环过程，使用while循环。while(true){// 开始寻找出圈节点，将first指向要删除的节点，helper指向删除节点的前一个节点。for(int j=0;j<countNo-1;j++){first=first.next;helper=helper.next;}// 当圈中只剩一个元素时，退出循环。if(helper==first){break;}System.out.println(first.toString());// 让first后移first=first.next;// helper指向first，就跳过了一个结点（出圈）。//注意：helper并没有后移。helper.next=first;}System.out.printf("最后一个是：%s",first.toString());}

栈

特点：先入后出，变化的一端在栈顶，栈底固定。
入栈（push）：栈顶上移；
出栈（pop）：栈顶下移。

Java中也提供了关于栈的类，便于直接调用。

数组模拟栈的思路分析
1. 定义top表示栈顶指针，初始为-1；
2. 入栈：top++；
  stack[top]=data;
3. 出栈：拿到数据；top--；

代码实现

/*** max 表示栈的最大容量* top 栈顶指针* stack[] 用数组模拟栈*/class stack{private int max;private int top=-1;private int stack[];public stack(int max){this.max=max;stack=new int[max];}public boolean isFull(){return top==max-1;}public boolean isEmpty(){return top==-1;}//入栈public void push(int date){if(isFull()){System.out.println("False");return;}top++;stack[top]=date;}//出栈public int pop(){if(isEmpty()){throw new RuntimeException("Empty");}int value= stack[top];top--;return value;}//遍历public void list(){for(int i=top;i>=0;i--){System.out.printf("stack[%d]=%d",i, stack[i]);}}
}

栈的实际应用

栈的应用：子程序调用；递归调用；表达式转换（中缀转后缀表达式）；二叉树；深度优先。
关于更多的栈的实际应用，就先不在这里展开了，会写另外一篇文章展开来讲。

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