【数据结构】数据结构初识

前言：

    数据结构是计算存储，组织数据的方式。数据结构是指相互间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。

Data Structure Visualization  数据结构可演示线上地址

一.线性结构

1.1  数组

     数组(Array)是一种线性表数据结构。它用于存储固定大小的相同类型的数据元素。在数组中，数据元素按照有序的方式进行排列，可以通过索引访问数组中的任意位置的元素。

//动态初始化：初始化时由程序员指定数组长度，由系统为数组元素分配初始值
char c1[] = new char[5];

//静态初始化：初始化由程序员显示指定每个数组的初始值，由系统决定数组的长度
char c2[] = new char[]{'A','B','C'};
char c3[] = {'D','E','E','U'}

数组的特点：

1. 顺序存储：数组中的元素按照顺序存储在内存空间中，每个元素都有一个唯一的索引，可以通过索引快速访问。
2. 大小固定：一旦定义了数组的大小，就不能改变。如果需要更大的存储空间，需要重新定义一个新的数组。
3. 元素类型相同：数组中的所有元素必须是相同的类型。
4. 无界数组：数组的长度可以是任意的整数，只要内存空间足够。

数组优点：

     1.访问速度快：由于数组是顺序存储，可以通过索引直接访问数组中的元素，复杂度为O(1)

     2.易于实现：数组是一种简单的数据结构，容易实现和操作

数组缺点：

     1.大小固定：数组大小固定，不能动态扩展。如果需要更多的存储空间，需要重新定义一个新的数组，会增加额外的开销。

     2.空间利用率低：由于数组是连续的的内存空间，即使某些位置没有被使用，也不能被其他数据结构使用，导致空间利用率较低。

1.2  队列

     队列是一种特殊的数据结构，其特点是先进先出(FIFO)原则。队列中的原色只能从一端(队尾)加入，队头 删除

     队列特点：

       1.先进先出：队列中的元素遵守先进先出的原则，即最早进入的最先被删除。

       2.插入和删除发生在两端：插入在队尾，删除在队头。

       3.无界队列：队列的长度可以是任意整数，只要内存空间够。

   public static void main(String[] args) {
        Queue queue = new LinkedList<>();
        queue.add(1);
        queue.add(2);
        queue.add(3);
        System.out.println("队列：" + queue);//队列：[1, 2, 3]
        System.out.println("访问队列头：" + queue.peek());//访问队列头：1
        System.out.println("队列：" + queue);//队列：[1, 2, 3]
        System.out.println("删除队列头：" + queue.poll());//删除队列头：1
        System.out.println("队列：" + queue);//队列：[2, 3]
    }

1.3  链表

    链表是一种常见的数据结构，通过指针将一组零散的内存块串联在一起。链表中的每个内存块被称为节点，每个节点除了存储数据外，还需要记录链上的下一个节点的地址。

    特点：

      1.不需要连续的内存空间

      2.有指针引用

      3.插入/删除数据效率高，时间复杂度O(1) [只需要更改指针指向即可]；但是，随机访问效率低，时间复杂度O(n) 级别[需要从链头至链尾进行遍历]

      4.和数组相比，内存空间消耗更大，因为每个存储数据的节点都需要额外的空间存储后继指针。

    链表包括 单向链表 ，双向链表和循环链表等类型。其中

              单向链表的节点只有一个后继指针next指向后面的节点；

              双向链表的节点除了有一个后继指针next指向后面的节点，还有一个前驱指针prev指向前面节点

             循环链表：与单向链表区别是尾节点的指针指向投节点，形成一个环

1.4  栈

     栈（stack）是一种后进先出（LIFO）的数据结构，它只能在一端进行插入和删除操作，这一端被称为栈顶，另外一端被称为栈底。栈的元素之间存在一种顺序关系，这种顺序关系由元素的插入和删除决定。

    栈的主要操作：

       1.入栈（push）

       2.出栈（pop）:

       3.判断栈空（is_empty）

       4.获取栈顶元素（top）

二.非线性结构

2.1  树

2.2  二叉树

2.3  AVL树

2.4  2-3-4树

2.5 红黑树

2.6  B树

2.7  B+树