Java数据结构与算法（第一章综述）

数据结构和算法能起到什么作用？

数据结构是对在计算机内存中（有时在磁盘中）的数据的一种安排。数据结果包括数组、链表、栈、二叉树、哈希表等等。算法对这些结构中的数据进行各种处理，例如，查找一条特殊的数据项或对数据进行排序。

可用于下面三类情况：

• 现实数据存储

• 程序员的工具

• 建模

数据结构的特性：

数据结构	优点	缺点
数组	插入快，如果知道下标，可以非常快地存取	查找慢，删除慢，大小固定
有序数组	比无序的数组查找快	删除和插入慢，大小固定
栈	提供后进先出的方式存取	存取其他项很慢
队列	提供先进先出的方式存取	存取其他项很慢
链表	插入快，删除慢	查找慢
二叉树	查找、插入、删除都快（如果如果树保持平衡）	删除算法复杂
红-黑树	查找、插入、删除都快。树总是平衡的	算法复杂
2-3-4树	查找、插入、删除都快。树总是平衡的。类似的树对磁盘存储有用	算法复杂
哈希表	如果关键字已知则存取极快。插入快	删除慢，如果不知道关键之则存取很慢，对存储空间使用不充分

堆	插入、删除快，对最大数据项的存取很快	对其他数据项存取慢
图	对现实世界建模	有些算法慢且复杂

上表中的数据结构除了数组之外 都可以被认为是抽象数据结构（ADT）。

算法的概述

      对于大多数数据结构来说，都需要知道如何：

• 插入一条新的数据项

• 寻找某一特定的数据项

• 删除某一特定的数据项

  还需要知道如何迭代地访问某一数据机构中的各项数据项，以便进行显示或其他操作。

  另一种重要的算法范畴是排序，排序有许多种算法。简单排序和高级排序 。

  递归的概念在设计某些算法时十分重要。递归意味着一个方法调用它自身。     
  

一些定义

    数据库（database）

            表示在某一特定情况下所有查阅的数据，数据库中每一条数据都被认为是同样格式的。例如，如果使用索引看片来做一本地址薄，其中所有的卡片便构成了一个数据。文件这个数据有时也有代表同样的意思。

    记录（record）

            记录时指数据库中划分成的单元。

    字段（field）

            一条记录经常被划分为几个字段。一个字段保存某一种特定的数据。

    关键字

            在数据库中查找一条记录，需要制定记录的某一个字段为关键字（或查找关键字）。通过这个特定的关键字来进行查找。    

面向对象编程

    过程性语言的问题

            一是程序与现实世界缺乏对应关系。

            使用过程语言对现实世界问题进行抽象及概念化十分困难：方法执行任务，而数据存储信息，但是现实世界中的事物是对二者同时进行操作的。例如，炉子上的自动调温器执行任务（炉子的开关）但同时也存储信息（现在的温度和所希望的温度）。

            二是程序内部的结构出现了问题。

            解决程序的内部组织结构是一个更微妙而且事关重大的问题。

对象简述

    对象

            面向对象编程思想的关键性突破就是：一个对象同时包括方法和变量。

    类

            类是针对一个对象或多个对象的说明（或蓝图）。

    创建对象

            类的声明并没有创建这个类的任何对象，java使用关键字new。在创建对象的同时，需要将一个引用存储到一个具体有适合的类型的变量中。

    面向对象的几个重要特性：

• 对象同时包括方法和字段（数据）。

• 类是任意数目对象的说明。

• 创建一个对象，要将关键字new和类的名称连用。

• 调用一个对象的方法，要使用点运算符。            
  

Java数据结构的类库

            Java.util包中包含有诸如向量（一个可扩充的数组）、栈、库（dictionary）和哈希表等类型的数据结构。

小结

• 数据结构是指数据在计算机内存空间中或磁盘中的组织形式。

• 正确选择数据结构会使程序的效率大大提高。

• 数据结构的例子有数组、栈、和链表。

• 算法是完成特定任务的过程。

• 在Java中、算法经常通过类的方法实现。

• 在本书的大部分数据机构和算法经常被用来建造数据库。

• 一些数据结构的用途是作为程序员的工具：它们帮助执行算法。

• 其他数据结构可以模仿显示世界中的情况，例如城市之间的电话线网。

• 数据库是指由许多类似的记录组成的数据存储的集合。

• 一条记录经常表示显示世界中的一个事物，例如一名雇员或一个汽车零件。

• 一条记录被分成字段。每个字段都存储了 由这个记录所描述事物的一条特性。

• 一个关键字是一条记录中的一个字段，通过它可以对数据执行许多操作。例如，人事记录可以通过LastName字段进行排序。

• 可以搜索数据以便找到关键字字段有定值的所有记录，这个值被称为查找关键字。