java线性表的存储结构及其代码实现

2023-09-24 21:22:05 67

Java数据结构学习笔记第一篇：

用程序后在那个的数据大致有四种基本的逻辑结构：

集合：数据元素之间只有"同属于一个集合"的关系
线性结构：数据元素之间存在一个对一个的关系
树形结构：数据元素之间存在一个对多个关系
图形结构或网状结构：数据元素之间存在多个对多个的关系

对于数据不同的逻辑结构，计算机在物理磁盘上通常有两种屋里存储结构

顺序存储结构
链式存储结构

本篇博文主要讲的是线性结构，而线性结构主要是线性表，非线性结构主要是树和图。

线性表的基本特征：

总存在唯一的第一个数据元素
总存在唯一的最后一个数据元素
除第一个数据元素外，集合中的每一个数据元素都只有一个前驱的数据元素
除最后一个数据元素外，集合中的每一个数据元素都只有一个后继的数据元素

1.线性表的顺序存储结构：是指用一组地址连续的存储单元一次存放线性表的元素。为了使用顺序结构实现线性表，程序通常会采用数组来保存线性中的元素，是一种随机存储的数据结构，适合随机访问。java中ArrayList类是线性表的数组实现。

importjava.util.Arrays;
publicclassSequenceList
{
privateintDEFAULT_SIZE=16;
//保存数组的长度。
privateintcapacity;
//定义一个数组用于保存顺序线性表的元素
privateObject[]elementData;
//保存顺序表中元素的当前个数
privateintsize=0;
//以默认数组长度创建空顺序线性表
publicSequenceList()
{
capacity=DEFAULT_SIZE;
elementData=newObject[capacity];
}
//以一个初始化元素来创建顺序线性表
publicSequenceList(Telement)
{
this();
elementData[0]=element;
size++;
}
/**
*以指定长度的数组来创建顺序线性表
*@paramelement指定顺序线性表中第一个元素
*@paraminitSize指定顺序线性表底层数组的长度
*/
publicSequenceList(Telement,intinitSize)
{
capacity=1;
//把capacity设为大于initSize的最小的2的n次方
while(capacitysize-1)
{
thrownewIndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
return(T)elementData[i];
}
//查找顺序线性表中指定元素的索引
publicintlocate(Telement)
{
for(inti=0;isize)
{
thrownewIndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
ensureCapacity(size+1);
//将index处以后所有元素向后移动一格。
System.arraycopy(elementData,index,elementData
,index+1,size-index);
elementData[index]=element;
size++;
}
//在线性顺序表的开始处添加一个元素。
publicvoidadd(Telement)
{
insert(element,size);
}
//很麻烦，而且性能很差
privatevoidensureCapacity(intminCapacity)
{
//如果数组的原有长度小于目前所需的长度
if(minCapacity>capacity)
{
//不断地将capacity*2，直到capacity大于minCapacity为止
while(capacitysize-1)
{
thrownewIndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
ToldValue=(T)elementData[index];
intnumMoved=size-index-1;
if(numMoved>0)
{
System.arraycopy(elementData,index+1
,elementData,index,numMoved);
}
//清空最后一个元素
elementData[--size]=null;
returnoldValue;
}
//删除顺序线性表中最后一个元素
publicTremove()
{
returndelete(size-1);
}
//判断顺序线性表是否为空表
publicbooleanempty()
{
returnsize==0;
}
//清空线性表
publicvoidclear()
{
//将底层数组所有元素赋为null
Arrays.fill(elementData,null);
size=0;
}
publicStringtoString()
{
if(size==0)
{
return"[]";
}
else
{
StringBuildersb=newStringBuilder("[");
for(inti=0;i
 2.线性表链式存储结构:将采用一组地址的任意的存储单元存放线性表中的数据元素。

链表又可分为：
单链表：每个节点只保留一个引用，该引用指向当前节点的下一个节点，没有引用指向头结点，尾节点的next引用为null。

循环链表：一种首尾相连的链表。

双向链表：每个节点有两个引用，一个指向当前节点的上一个节点，另外一个指向当前节点的下一个节点。
下面给出线性表双向链表的实现：java中LinkedList是线性表的链式实现，是一个双向链表。
publicclassDuLinkList
{
//定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点。
privateclassNode
{
//保存节点的数据
privateTdata;
//指向上个节点的引用
privateNodeprev;
//指向下个节点的引用
privateNodenext;
//无参数的构造器
publicNode()
{
}
//初始化全部属性的构造器
publicNode(Tdata,Nodeprev,Nodenext)
{
this.data=data;
this.prev=prev;
this.next=next;
}
}
//保存该链表的头节点
privateNodeheader;
//保存该链表的尾节点
privateNodetail;
//保存该链表中已包含的节点数
privateintsize;
//创建空链表
publicDuLinkList()
{
//空链表，header和tail都是null
header=null;
tail=null;
}
//以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
publicDuLinkList(Telement)
{
header=newNode(element,null,null);
//只有一个节点，header、tail都指向该节点
tail=header;
size++;
}
//返回链表的长度
publicintlength()
{
returnsize;
}

//获取链式线性表中索引为index处的元素
publicTget(intindex)
{
returngetNodeByIndex(index).data;
}
//根据索引index获取指定位置的节点
privateNodegetNodeByIndex(intindex)
{
if(index<0||index>size-1)
{
thrownewIndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
if(index<=size/2)
{
//从header节点开始
Nodecurrent=header;
for(inti=0;i<=size/2&¤t!=null
;i++,current=current.next)
{
if(i==index)
{
returncurrent;
}
}
}
else
{
//从tail节点开始搜索
Nodecurrent=tail;
for(inti=size-1;i>size/2&¤t!=null
;i++,current=current.prev)
{
if(i==index)
{
returncurrent;
}
}
}
returnnull;
}
//查找链式线性表中指定元素的索引
publicintlocate(Telement)
{
//从头节点开始搜索
Nodecurrent=header;
for(inti=0;isize)
{
thrownewIndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
//如果还是空链表
if(header==null)
{
add(element);
}
else
{
//当index为0时，也就是在链表头处插入
if(index==0)
{
addAtHeader(element);
}
else
{
//获取插入点的前一个节点
Nodeprev=getNodeByIndex(index-1);
//获取插入点的节点
Nodenext=prev.next;
//让新节点的next引用指向next节点，prev引用指向prev节点
NodenewNode=newNode(element,prev,next);
//让prev的next指向新节点。
prev.next=newNode;
//让prev的下一个节点的prev指向新节点
next.prev=newNode;
size++;
}
}
}
//采用尾插法为链表添加新节点。
publicvoidadd(Telement)
{
//如果该链表还是空链表
if(header==null)
{
header=newNode(element,null,null);
//只有一个节点，header、tail都指向该节点
tail=header;
}
else
{
//创建新节点,新节点的pre指向原tail节点
NodenewNode=newNode(element,tail,null);
//让尾节点的next指向新增的节点
tail.next=newNode;
//以新节点作为新的尾节点
tail=newNode;
}
size++;
}
//采用头插法为链表添加新节点。
publicvoidaddAtHeader(Telement)
{
//创建新节点，让新节点的next指向原来的header
//并以新节点作为新的header
header=newNode(element,null,header);
//如果插入之前是空链表
if(tail==null)
{
tail=header;
}
size++;
}
//删除链式线性表中指定索引处的元素
publicTdelete(intindex)
{
if(index<0||index>size-1)
{
thrownewIndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
}
Nodedel=null;
//如果被删除的是header节点
if(index==0)
{
del=header;
header=header.next;
//释放新的header节点的prev引用
header.prev=null;
}
else
{
//获取删除点的前一个节点
Nodeprev=getNodeByIndex(index-1);
//获取将要被删除的节点
del=prev.next;
//让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点。
prev.next=del.next;
//让被删除节点的下一个节点的prev指向prev节点。
if(del.next!=null)
{
del.next.prev=prev;
}
//将被删除节点的prev、next引用赋为null.
del.prev=null;
del.next=null;
}
size--;
returndel.data;
}
//删除链式线性表中最后一个元素
publicTremove()
{
returndelete(size-1);
}
//判断链式线性表是否为空链表
publicbooleanempty()
{
returnsize==0;
}
//清空线性表
publicvoidclear()
{
//将底层数组所有元素赋为null
header=null;
tail=null;
size=0;
}
publicStringtoString()
{
//链表为空链表时
if(empty())
{
return"[]";
}
else
{
StringBuildersb=newStringBuilder("[");
for(Nodecurrent=header;current!=null
;current=current.next)
{
sb.append(current.data.toString()+",");
}
intlen=sb.length();
returnsb.delete(len-2,len).append("]").toString();
}
}
publicStringreverseToString()
{
//链表为空链表时
if(empty())
{
return"[]";
}
else
{
StringBuildersb=newStringBuilder("[");
for(Nodecurrent=tail;current!=null
;current=current.prev)
{
sb.append(current.data.toString()+",");
}
intlen=sb.length();
returnsb.delete(len-2,len).append("]").toString();
}
}
}

线性表的两种实现比较
空间性能：
顺序表：顺序表的存储空间是静态分布的，需要一个长度固定的数组，因此总有部分数组元素被浪费。 
链表：链表的存储空间是动态分布的，因此不会空间浪费。但是由于链表需要而外的空间来为每个节点保存指针，因此要牺牲一部分空间。
时间性能：
顺序表：顺序表中元素的逻辑顺序与物理存储顺序是保持一致的，而且支持随机存取。因此顺序表在查找、读取时性能很好。 
链表：链表采用链式结构来保存表内元素，因此在插入、删除元素时性能要好
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。

java线性表的存储结构及其代码实现

热门推荐

随机推荐