数据结构与算法：数据结构基础
目录
数组
定义
形式
顺序存储
基本操作
读取元素
更新元素
插入元素
删除元素
扩容
初始化
时机
步骤
优劣势
链表
定义
单向链表
特点
双向链表
随机存储
基本操作
查找节点
更新节点
插入节点
删除元素
数组VS链表
栈与队列
栈
定义
基本操作
1.入栈
2.出栈
队列
定义
基本操作
1.入队
2.出队
栈和队列的运用
1.栈的应用
2.队列的运用
3.双端队列
4.优先队列
散列表
定义
哈希函数
实现
读写操作
写操作
读操作
哈希冲突
解决办法
数组
定义
有限个相同类型变量所组成的有序集合，数组中每个变量都被称为元素。数组是最简单、最常见的数据结构。
形式
以整形数组为例：
数组中的每一个元素也有着自己的下标，只不过这个下标从0开始，一直到数组长度-1。
顺序存储
数组的另一个特点，是在内存中顺序存储，因此可以很好地实现逻辑上的顺序表。
内存是由一个个连续的内存单元组成的，每一个内存单元都有自己的地址。在 这些内存单元中，有些被其他数据占用了，有些是空闲的。
数组中的每一个元素，都存储在小小的内存单元中，并且元素之间紧密排列， 既不能打乱元素的存储顺序，也不能跳过某个存储单元进行存储
不同类型的数组，每个元素所占的字节个数也不同
基本操作
读取元素
读取元素是最简单的操作。由于数组在内存中顺序存储，所以 只要给出一个数组下标，就可以读取到对应的数组元素
注意：
通过下标读取数组，下标必须在数组长度范围内，否则会出现数组越界
示例：
int[] array = new int[]{3,1,2,5,4,9,7,2};
System.out.println(array[3]);更新元素
把数组中某一个元素的值替换为一个新值，直接利用数组下标，就可以把新值赋给该元素。
示例：
1. int[] array = new int[]{3,1,2,5,4,9,7,2};
2. // 给数组下标为5的元素赋值
3. array[5] = 10;
4. // 输出数组中下标为5的元素
5. System.out.println(array[5]);插入元素
数组的实际元素数量有可能小于数组的长度，所以存在3种情况：
1.尾部插入
是最简单的情况，直接把插入的元素放在数组尾部的空闲位置即 可，等同于更新元素的操作
2.中间插入
由于数组的每一个元素都有其固定下标，所以不得 不首先把插入位置及后面的元素向后移动，腾出地方，再把要插入的元素放到对应 的数组位置上。
3.超范围插入
可以创建一个新数组，长度是旧数组的2倍，再把旧数组中的元素统统复制 过去，这样就实现了数组的扩容。
删除元素
数组的删除操作和插入操作的过程相反，如果删除的元素位于数组中间，其后 的元素都需要向前挪动1位。
/**
2. * 数组删除元素
3. * @param index 删除的位置
4. */
5. public int delete(int index) throws Exception {
6. //判断访问下标是否超出范围
7. if(index<0 || index>=size){
8. throw new IndexOutOfBoundsException("超出数组实际元素范围！");
9. }
10. int deletedElement = array[index];
11. //从左向右循环，将元素逐个向左挪1位
12. for(int i=index; i扩容
初始化
如果参数等于0，则将数组初始化为一个空数组，
如果不等于0，将数组初始化为一个容量为10的数组
时机
当数组的大小大于初始容量的时候(比如初始为10，当添加第11个元素的时候)，就会进行扩容，新的容量为旧的容量的1.5倍
步骤
1：定义一个新数组，新数组的长度要比原数组增加或者减小；
2：将原数组中的元素拷贝到新数组中；
3：将原数组的名称变量指向新数组
优劣势
优点：拥有非常高效的随机访问能力，只要给出下标，就 可以用常量时间找到对应元素
缺点：由于数 组元素连续紧密地存储在内存中，插入、删除元素都会导致大量元素被迫移动，影响效率
适合的是读操作多、写操作少的场景。
链表
定义
是一种在物理上非连续、非顺序的数据结构，由若干节点组成。
单向链表
每一个节点又包含两部分，一部分是存放数据的变量data，另一部 分是指向下一个节点的指针next。
private static class Node {
int data;
Node next;
}
链表的第1个节点被称为头节点，最后1个节点被称为尾节点，尾节点的next指 针指向空。
特点
与数组按照下标来随机寻找元素不同，对于链表的其中一个节点A，我们只能根 据节点A的next指针来找到该节点的下一个节点B，再根据节点B的next指针找到下 一个节点C……
双向链表
双向链表比单向链表稍微复杂一些，它的每一个节点除了拥有data和next指 针，还拥有指向前置节点的prev指针
随机存储
链表在内存中的存储方式则 是随机存储。
内存分配方式：链表则采用了见缝插针的方式，链表的每一个节点分布在内存的不同位 置，依靠next指针关联起来。这样可以灵活有效地利用零散的碎片空间
基本操作
查找节点
在查找元素时，链表不像数组那样可以通过下标快速进行定位，只能从头节点开始向后一个一个逐步查找。
例如给出一个链表，需要查找从头节点开始的第3个节点。
第1步，将查找的指针定位到头节点
第2步，根据头节点的next指针，定位到第2个节点。
第3步，根据第2个节点的next指针，定位到第3个节点，查找完毕。
更新节点
如果不考虑查找节点的过程，链表的更新过程会像数组那样简单，直接把旧数 据替换成新数据即可。
插入节点
与数组类似，链表插入节点时，同样分为3种情况：
1.尾部插入：把最后一个节点的next指针指向新插入的节点即 可
2.头部插入：把新节点的next指针指向原先的头节点；把新节点变为链表的头节点
3.中间插入：新节点的next指针，指向插入位置的节点；插入位置前置节点的next指针，指向新节点。
只要内存空间允许，能够插入链表的元素是无穷无尽的，不需要像数组那样考 虑扩容的问题
Node insertedNode = new Node(data);
if(size == 0){
//空链表
head = insertedNode;
last = insertedNode;
} else if(index == 0){
//插入头部
insertedNode.next = head;
head = insertedNode;
}else if(size == index){
//插入尾部
last.next = insertedNode;
last = insertedNode;
}else {
//插入中间
Node prevNode = get(index-1);
insertedNode.next = prevNode.next;
prevNode.next = insertedNode;
}
size++;删除元素
链表的删除操作同样分为3种情况：
1.尾部删除：把倒数第2个节点的next指针指向空即可
2.头部删除：把链表的头节点设为原先头节点的next指针即可
3.中间删除：把要删除节点的前置节点的next指针，指向要删除元 素的下一个节点即可。
Java拥有自动化的垃圾回收机制，所以我们不用刻意去释放被删除的节点，只要没有外部引用指向它们，被删除的节点 会被自动回收。
// 头节点指针
private Node head;
// 尾节点指针
private Node last;
// 链表实际长度
private int size;
Node removedNode = null;
if(index == 0){
//删除头节点
removedNode = head;
head = head.next;
}else if(index == size-1){
//删除尾节点
Node prevNode = get(index-1);
removedNode = prevNode.next;
prevNode.next = null;
last = prevNode;
}else {
//删除中间节点
Node prevNode = get(index-1);
Node nextNode = prevNode.next.next;
removedNode = prevNode.next;
prevNode.next = nextNode;
}
size--;数组VS链表
数组的优势在于能够快速定位元素， 对于读操作多、写操作少的场景更合适；
链表的优势在于能够灵活地进行插入和删除操 作，如果需要在尾部频繁插入、删除元素，用链表更合适一些
栈与队列
栈
定义
是一种线性数据结构。最早进入的元素存放的位置叫作栈底（bottom），最后进入的元素存放的位置叫作栈顶
数组实现：
链表实现：
基本操作
1.入栈
2.出栈
数组为例：
队列
定义
基本操作
1.入队
2.出队
栈和队列的运用
1.栈的应用
实现递归的逻辑，就可以用栈来代替，因为栈可以回溯方法的调用链
面包屑导航，使用户在浏览页面时可以轻松地回溯到上一级或更上一级页面
2.队列的运用
在多线程中，争夺公平锁的等待队列，就是按照访问顺序来决定线程在队列中的次序的
3.双端队列
4.优先队列
散列表
定义
哈希函数
实现
以hashMap为例：
index = HashCode (Key) % Array.length
读写操作
写操作
读操作
哈希冲突
解决办法
