数据结构和算法-封装属于我们自己的动态数组
文章目录
- 数据结构概览
- 1 二次封装数组
- 2 向数组中添加元素
- 3 数组中查询元素和修改元素
- 4 包含，搜索和删除
- 5 使用泛型
- 6 动态数组
- 7 resize复杂度分析
- 8 复杂度震荡
数据结构概览
数组，看似是最简单的数据结构，但是，大多数语言为我们提供的都是静态数组，如何封装一个属于我们自己的动态数组，将是讨论的重点。同时，也将探讨泛型，复杂度分析，乃至复杂度的震荡，等相关高级话题。
1 二次封装数组
public class Array {
private int[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = new int[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
}
2 向数组中添加元素
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(int e){
// if(size == data.length)
// throw new IllegalArgumentException("AddLast failed. Array is full.");
//
// data[size] = e;
// size ++;
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(int e){
add(0, e);
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, int e){
if(size == data.length)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Array is full.");
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
3 数组中查询元素和修改元素
// 获取index索引位置的元素
public int get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, int e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
4 包含，搜索和删除
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(int e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i] == e)
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(int e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i] == e)
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public int remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
int ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public int removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public int removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(int e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
5 使用泛型
使用泛型：
- 让我们的数据结构可以放置“任何”数据类型
- 不可以是基本数据类型，只能是类对象
boolean、byte、char、short、int、long、float、double - 每个基本数据类型都有对应的包装类
Boolean、Byte、Char、Short、Integer、Long、Float、Double
使用泛型后：
public class Array<E> {
private E[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = (E[])new Object[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(size == data.length)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Array is full.");
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(E e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(E e){
add(0, e);
}
// 获取index索引位置的元素
public E get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, E e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public E removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public E removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(E e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
}
可以使用下面代码测试结果：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Array<Integer> arr = new Array<>(20);
for(int i = 0 ; i < 10 ; i ++)
arr.addLast(i);
System.out.println(arr);
arr.add(1, 100);
System.out.println(arr);
arr.addFirst(-1);
System.out.println(arr);
// [-1, 0, 100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
arr.remove(2);
System.out.println(arr);
arr.removeElement(4);
System.out.println(arr);
arr.removeFirst();
System.out.println(arr);
}
}
下面我们定义一个Student类
public class Student {
private String name;
private int score;
public Student(String studentName, int studentScore){
name = studentName;
score = studentScore;
}
@Override
public String toString(){
return String.format("Student(name: %s, score: %d)", name, score);
}
public static void main(String[] args) {
Array<Student> arr = new Array<>();
Student s1 = new Student("Alice", 100);
arr.addLast(s1);
// arr.addLast(new Student("Alice", 100));
arr.addLast(new Student("Bob", 66));
arr.addLast(new Student("Charlie", 88));
boolean bol = arr.contains(s1);
System.out.println(bol);
System.out.println(arr);
}
}
6 动态数组
在添加元素的时候，如果元素的个数等于数组大小的时候，进行扩容，数组大小扩容为原来大小的两倍
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
if(size == data.length)
resize(2 * data.length);
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
在删除元素的时候，如果元素的个数等于数组大小二分之一的时候，数组大小缩小为原来大小的二分之一
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if(size == data.length / 2)
resize(data.length / 2);
return ret;
}
// 将数组空间的容量变成newCapacity大小
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[i];
data = newData;
}
7 resize复杂度分析
8 复杂度震荡
在上面的remove方法中，当size == data.length / 2，我们就进行resize，如果之后频繁进行一次add 和 一次remove操作，就会频繁进行resize操作，就出现了复杂度震荡的问题。
出现问题的原因就是：removeLast时resize过于着急。
修改remove方法如下：
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for (int i = index + 1; i < size; i++)
data[i - 1] = data[i];
size--;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0)
resize(data.length / 2);
return ret;
}