【数据结构】线性表与顺序表

⭐ 作者：小胡_不糊涂
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1. 线性表

线性表（linear list） 是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。 它是一种在实际中广泛使用的数据结构，常见的线性表：顺序表、链表、栈、队列…

线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。

2. 顺序表

顺序表 是用一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储。在数组上完成数据的增删查改。

2.1 接口的实现

实现顺序表的插入、删除、修改、查找工作：

import java.util.Arrays;
public class MyArrayList {
    public int[] elem ;//定义一个数组
    public int usedSize;//0，用来记录元素个数
    //顺序表的 默认大小
    public static final int DEFAULT_SIZE = 10;
    public MyArrayList() {
        this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];
    }
    public MyArrayList(int capacity) {
        this.elem = new int[capacity];
    }

    //顺序表尾部插入元素
    public void add(int data) {
        checkCapacity();
        this.elem[this.usedSize] = data;
        this.usedSize++;
    }

    //判断顺序表是否为空
    public boolean isFull() {
        /*if(usedSize == elem.length) {
            return true;
        }
        return false;*/
        return usedSize == elem.length;
    }

    //指定pos位置添加元素data
    public void add(int pos, int data) {
        try {
            checkPosOnAdd(pos);
        }catch (PosIllegality e) {
            e.printStackTrace();
        }
        checkCapacity();
        //1、从最后一个有效的数据开始往后移动 //2、当i < pos 就结束
        for (int i = usedSize-1; i >= pos; i--) {
            elem[i+1] = elem[i];
        }
        //3、存放元素到pos 位置
        elem[pos] = data;
        //4、usedSize++;
        usedSize++;
    }

    //检查插入位置pos的合法性
    private void checkPosOnAdd(int pos) throws PosIllegality{
        if(pos < 0 || pos > usedSize) {
            System.out.println("不符合法！");
            throw new PosIllegality("插入元素下标异常: "+pos);
        }
    }

    private void checkCapacity() {
        if(isFull()) {
            //扩容
            elem = Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);
        }
    }

    //判定是否包含某一元素
    public boolean contains(int toFind) {
        if(isEmpty()) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            //如果是查找引用数据类型 一定记住 重写方法
            if(elem[i] == toFind) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    //判断线性表是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return usedSize == 0;
    }

    //查找某个元素对应位置
    public int indexOf(int toFind) {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            //如果是查找引用数据类型 一定记住 重写方法
            if(elem[i] == toFind) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    //获取pos位置元素
    public int get(int pos) throws MyArrayListEmpty{
        checkPosOnGetAndSet(pos);
        if(isEmpty()) {
            throw new MyArrayListEmpty("获取指定下标元素时" +
                    "顺序表为空！");
        }
        return elem[pos];
    }

    private void checkPosOnGetAndSet(int pos) throws PosIllegality{
        if(pos < 0 || pos >= usedSize) {
            System.out.println("不符合法！");
            throw new PosIllegality("获取指定下标的元素异常: "+pos);
        }
    }

    //给pos位置设为元素value
    public void set(int pos, int value) {
        checkPosOnGetAndSet(pos);
        elem[pos] = value;
    }

    //删除第一次出现的这个数字
    public void remove(int toRemove) {
        int index = indexOf(toRemove);//获取元素下标
        if(index == -1) {
            System.out.println("没有这个数字！");
            return;
        }
        for(int i = index; i < usedSize-1;i++) {
            elem[i] = elem[i+1];
        }
        usedSize--;
    }

    //获取顺序表长度
    public int size() {
        return this.usedSize;
    }

    //清空顺序表
    public void clear() {
        this.usedSize = 0;
    }

    //打印顺序表中元素
    public void display() {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            System.out.print(this.elem[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }

}

测试类：

public class TestMAL{
    public static void main(String[] arg) {
        MyArrayList arr = new MyArrayList();
        arr.add(1);
        arr.add(2);
        arr.add(3);
        arr.add(4);
        arr.add(5);
       arr.display();
       System.out.println("-------");
       arr.add(1);
        arr.display();
        System.out.println("-------");
        arr.add(6,2);
        arr.display();
        System.out.println("-------");
        System.out.println(arr.indexOf(3));
        arr.display();
        System.out.println("-------");
        arr.get(9);
    }
}

3. ArrayList简介

在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口，具体框架图如下：

【说明】

1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化
2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的
4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
5. 和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList
6. ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表

4. ArrayList使用

4.1 ArrayList构造

方法	解释
ArrayList()	无参构造
ArrayList(Collection c)	利用其他 Collection 构建 ArrayList
ArrayList(int initialCapacity)	指定顺序表初始容量

ArrayList的创建：

public static void main(String[] arg){
    // ArrayList创建，推荐写法
    // 构造一个空的列表
        List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
    // 构造一个具有10个容量的列表
        List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
        list2.add(1);
        list2.add(2);
        list2.add(3);
    // list2.add("hello"); // 编译失败，List已经限定了，list2中只能存储整形元素
    // list3构造好之后，与list中的元素一致
        ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
    // 避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以存放，使用时将是一场灾难
        List list4 = new ArrayList();
        list4.add("111");
        list4.add(100);
        System.out.println(list4);//[111,100]
    }

4.2 ArrayList常见操作

方法	解释
boolean add(E e)	尾插 e
void add(int index, E element)	将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection c)	尾插 c 中的元素
E remove(int index)	删除 index 位置元素
boolean remove(Object o)	删除遇到的第一个 o
E get(int index)	获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element)	将下标 index 位置元素设置为 element
void clear()	清空
boolean contains(Object o)	判断 o 是否在线性表中
int indexOf(Object o)	返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o)	返回最后一个 o 的下标
List subList(int fromIndex, int toIndex)	截取部分 list

ArrayList操作方法的使用：

 public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("JavaSE");
        list.add("JavaWeb");
        list.add("JavaEE");
        list.add("JVM");
        list.add("测试课程");
        System.out.println(list);
// 获取list中有效元素个数
        System.out.println(list.size());
// 获取和设置index位置上的元素，注意index必须介于[0, size)间
        System.out.println(list.get(1));
        list.set(1, "JavaWEB");
        System.out.println(list.get(1));
// 在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置
        list.add(1, "Java数据结构");
        System.out.println(list);
// 删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置
        list.remove("JVM");
        System.out.println(list);
// 删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常
        list.remove(list.size()-1);
        System.out.println(list);
        // 检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回false
        if(list.contains("测试课程")){
            list.add("测试课程");
        }
// 查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找
        list.add("JavaSE");
        System.out.println(list.indexOf("JavaSE"));
        System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));
// 使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组
        List<String> ret = list.subList(0, 4);
        System.out.println(ret);
        list.clear();
        System.out.println(list.size());
    }

4.3 ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器

public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        list.add(5);
    // 使用下标+for遍历
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.print(list.get(i) + " ");
        }
        System.out.println();
    // 借助foreach遍历
        for (Integer integer : list) {
            System.out.print(integer + " ");
        }
        System.out.println();
     //使用迭代器
        Iterator<Integer> it = list.listIterator();
        while(it.hasNext()){
            System.out.print(it.next() + " ");
        }
        System.out.println();
    }