java线性表的存储结构及其代码实现

java线性表的存储结构及其代码实现

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。

import java.util.Arrays;

public class SequenceList

{

private int DEFAULT_SIZE = 16;

//保存数组的长度。

private int capacity;

//定义一个数组用于保存顺序线性表的元素

private Object[] elementData;

//保存顺序表中元素的当前个数

private int size = 0;

//以默认数组长度创建空顺序线性表

public SequenceList()

{

capacity = DEFAULT_SIZE;

elementData = new Object[capacity];

}

//以一个初始化元素来创建顺序线性表

public SequenceList(T element)

{

this();

elementData[0] = element;

size++;

}

/**

* 以指定长度的数组来创建顺序线性表

* @param element 指定顺序线性表中第一个元素

* @param initSize 指定顺序线性表底层数组的长度

*/

public SequenceList(T element , int initSize)

{

capacity = 1;

//把capacity设为大于initSize的最小的2的n次方

while (capacity < initSize)

{

capacity <<= 1;

}

elementData = new Object[capacity];

elementData[0] = element;

size++;

}

//获取顺序线性表的大小

public int length()

{

return size;

}

//获取顺序线性表中索引为i处的元素

public T get(int i)

{

if (i < 0 || i > size - 1)

{

throw new IndexOutOfBoundsException("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

public int locate(T element)

{

for (int i = 0 ; i < size ; i++)

{

if (elementData[i].equals(element))

{

return i;

}

}

return -1;

}

//向顺序线性表的指定位置插入一个元素。

public void insert(T element , int index)

{

if (index < 0 || index > size)

{

throw new IndexOutOfBoundsException("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。

public void add(T element)

{

insert(element , size);

}

//很麻烦，而且性能很差

private void ensureCapacity(int minCapacity)

{

//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 (capacity < minCapacity)

{

capacity <<= 1;

}

elementData = Arrays.copyOf(elementData , capacity);

}

}

//删除顺序线性表中指定索引处的元素

public T delete(int index)

{

if (index < 0 || index > size - 1)

{

throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");

}

T oldValue = (T)elementData[index];

int numMoved = 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;

return oldValue;

}

//删除顺序线性表中最后一个元素

public T remove()

{

return delete(size - 1);

}

//判断顺序线性表是否为空表

public boolean empty()

{

return size == 0;

}

//清空线性表

public void clear()

{

//将底层数组所有元素赋为null

Arrays.fill(elementData , null);

size = 0;

}

public String toString()

{

if (size == 0)

{

return "[]";

}

else

{

StringBuilder sb = new StringBuilder("[");

for (int i = 0 ; i < size ; i++ )

{

sb.append(elementData[i].toString() + ", ");

}

int len = sb.length();

return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();

}

}

}

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。

public class DuLinkList

{

//定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点。

private class Node

{

//保存节点的数据

private T data;

//指向上个节点的引用

private Node prev;

//指向下个节点的引用

private Node next;

//无参数的构造器

public Node()

{

}

//初始化全部属性的构造器

public Node(T data , Node prev , Node next)

{

this.data = data;

this.prev = prev;

this.next = next;

}

}

//保存该链表的头节点

private Node header;

//保存该链表的尾节点

private Node tail;

//保存该链表中已包含的节点数

private int size;

//创建空链表

public DuLinkList()

{

//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

public DuLinkList(T element)

{

header = new Node(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

public int length()

{

return size;

}

//获取链式线性表中索引为index处的元素

public T get(int index)

{

return getNodeByIndex(index).data;

}

//根据索引index获取指定位置的节点

private Node getNodeByIndex(int index)

{

if (index < 0 || index > size - 1)

{

throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");

}

if (index <= size / 2)

{

//从header节点开始

Node current = header;

for (int i = 0 ; i <= size / 2 && current != null

; i++ , current = current.next)

{

if (i == index)

{

return current;

}

}

}

else

{

//从tail节点开始搜索

Node current = tail;

for (int i = size - 1 ; i > size / 2 && current != null

; i++ , current = current.prev)

{

if (i == index)

{

return current;

}

}

}

return null;

}

//查找链式线性表中指定元素的索引

public int locate(T element)

{

//从头节点开始搜索

Node current = header;

for (int i = 0 ; i < size && current != null

; i++ , current = current.next)

{

if (current.data.equals(element))

{

return i;

}

}

return -1;

}

//向线性链式表的指定位置插入一个元素。

public void insert(T element , int index)

{

if (index < 0 || index > size)

{

throw new IndexOutOfBoundsException("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

Node prev = getNodeByIndex(index - 1);

//获取插入点的节点

Node next = prev.next;

//让新节点的next引用指向next节点，prev引用指向prev节点

Node newNode = new Node(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。

public void add(T element)

{

//如果该链表还是空链表

if (header == null)

{

header = new Node(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

Node newNode = new Node(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。

public void addAtHeader(T element)

{

//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 = new Node(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

public T delete(int index)

{

if (index < 0 || index > size - 1)

{

throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");

}

Node del = 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;

}

elhttp://se

{

//获取删除点的前一个节点

Node prev = 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--;

return del.data;

}

//删除链式线性表中最后一个元素

public T remove()

{

return delete(size - 1);

}

//判断链式线性表是否为空链表

public boolean empty()

{

return size == 0;

}

//清空线性表

public void clear()

{

//将底层数组所有元素赋为null

header = null;

tail = null;

size = 0;

}

public String toString()

{

//链表为空链表时

if (empty())

{

return "[]";

}

else

{

StringBuilder sb = new StringBuilder("[");

for (Node current = header ; current != null

; current = current.next )

{

sb.append(current.data.toString() + ", ");

}

int len = sb.length();

return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();

}

}

public String reverseToString()

{

//链表为空链表时

if (empty())

{

return "[]";

}

else

{

StringBuilder sb = new StringBuilder("[");

for (Node current = tail ; current != null

; current = current.prev )

{

sb.append(current.data.toString() + ", ");

}

int len = sb.length();

return sb.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

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