初始Java数据结构
程序=数据结构+算法
数据结构是算法的基础,换言之，想要学好算法，需要把数据结构学到位。
线性结构
1)线性结构作为最常用的数据结构，其特点是数据元素之间存在一对一的线性关系
2)线性结构有两种不同的存储结构，即顺序存储结构(数组)和链式存储结构(链表)。顺序存储的线性表称为顺序表，顺序表中的存储元素是连续的
3)链式存储的线性表称为链表，链表中的存储元素不一定是连续的，元素节点中存放数据元素以及相邻元素的地址信息
4)线性结构常见的有:数组、队列、链表和栈
非线性结构
非线性结构包括:二维数组，多维数组，广义表，树结构，图结构
什么是稀疏数组？
当一个数组中大部分元素为0，或者为同一个值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。
稀疏数组的处理方法是:
1)记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
2)把具有不同值的元素的行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模
稀疏数组实例
使用稀疏数组，来保留类似前面的二维数组(棋盘、地图等等)
把稀疏数组存盘，并且可以从新恢复原来的二维数组数
队列
队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
遵循先入先出的原则。即:先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出
return语句主要有两个用途：一方面用来表示一个方法返回的值，另一方面是指它导致该方法退出，并返回那个值。
改进前
当我们将数据存入队列时称为”addQueue”, addQueue的处理需要有两个步骤:思路分析
1)将尾指针往后移: rear+1 ，当front == rear[空]
2)若尾指针rear小于队列的最大下标 maxSize-1,则将数据存入rear所指的数组元素中,否则无法存入数据。rear==maxSize - 1[队列满]
package com.caq.java;
import org.junit.Test;
import java.util.Scanner;
/**
* 使用数组模拟队列--编写一个ArrayQueue类
*
* @Date 2021/12/7 15:18
* @Version 1.0
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建一个队列
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
char key = ' ';//接受用户的输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单
while (loop){
System.out.println("Please input s、e、a、g、h");
System.out.println("s显示队列");
System.out.println("e退出程序");
System.out.println("a添加数据");
System.out.println("g取出数据");
System.out.println("h查看队列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);//next()不能得到带有空格的字符
switch (key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int queue1 = queue.getQueue();
System.out.println("取出的数据是:"+queue1);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
//如果队列为空，则出现异常，和我们前面写的方法中的抛出异常消息对应
// 返回此throwable的详细消息字符串
// 我们只需要对它进行打印即可
}
break;
case 'h':
try {
int res = queue.headQueue();
System.out.println("队列头的数据是："+ res);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
//如果队列为空，则出现异常，和我们前面写的方法中的抛出异常消息对应
// 返回此throwable的详细消息字符串
// 打印的是headQueue()方法可能出现的异常
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
// @Test
// public void test2() {
// int[] ints = new int[5];
// ints[0] = 1;
// ints[1] = 2;
// ints[2] = 2;
// for (int i : ints) {
// System.out.println(i);
// }
// }
}
class ArrayQueue {
private int maxSize;//表示数组的最大容量
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int[] arr;//模拟队列
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
this.maxSize = arrMaxSize;
this.arr = new int[maxSize];
front = -1; //指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置
rear = -1; //指向队列尾，指向列尾的数据（既就是队列最后一个数据）
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
//判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据！");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
//通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++; //front后移
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue() {
//遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空的，没用数据");
return;
}
for (int i : arr) {
System.out.println(i);
}
}
//显示队列的头数据
public int headQueue() {
//判断
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空，没用数据");
}
return arr[front + 1];
}
}
改进后（循环队列）
目前数组使用一次就不能用，没有达到复用的效果
将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列取模:%
1）尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的时候需要注意**(rear + 1) % maxSize == front 满**
2）rear == front[空]
思路如下：
- front变量的含义做一个调整:front就指向队列的第一个元素,也就是说arr[front]就是队列的第一个元素front的初始值=0
- rear变量的含义做一个调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置.因为希望空出一个空间做为约定.rear的初始值=0
- 当队列满时,条件是(rear+1)% maxSize == front【满】
- 对队列为空的条件,rear == front空
- 当我们这样分析，队列中有效的数据的个数**(rear + maxSize - front) % maxSize // rear= 1 front=0**
- 我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列
上面的第5项其实很简单，我们只需要多带进去几个数，然后脑中想象几钟情况就可以
package com.caq.java;
import org.junit.Test;
import java.util.Scanner;
/**
* 循环队列的实现（数组）
*
* @Date 2021/12/8 11:16
* @Version 1.0
*/
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建环形队列
CircleArray circleArray = new CircleArray(3);
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
char key = ' ';
while (loop) {
System.out.println("Please input s、e、a、g、h");
System.out.println("s显示队列");
System.out.println("e退出程序");
System.out.println("a添加数据");
System.out.println("g取出数据");
System.out.println("h查看队列头的数据");
key = sc.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
circleArray.showQueue();
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
case 'a':
System.out.println("请输入你要添加的数：");
int a = sc.nextInt();
circleArray.addQueue(a);
break;
case 'g':
try {
int queue = circleArray.getQueue();
System.out.println("取出的数是" + queue);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int i = circleArray.headQueue();
System.out.println("头数据为：" + i);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
default:
break;
}
}
}
}
class CircleArray {
private int maxSize;//表示数组的最大容量
/**
* 1. front变量的含义做一个调整:front就指向队列的第一个元素,也就是说arr[front]就是队列的第一个元素front的初始值=0
* 2. rear变量的含义做一个调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置.因为希望空出一个空间做为约定.rear的初始值=0
*/
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int[] arr;//模拟队列
//初始化数组
public CircleArray(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
}
//判断是否为满
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断是否空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//往数列添加元素
public void addQueue(int n) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列满了，不能添加了");
return;
}
//直接加入
arr[rear] = n;
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
//通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
/**
这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
1.先把front对应的值保留到一个临时变量
2.将front后移,考虑取模
3.将临时保存的变量返回
*/
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue() {
//遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空的，没用数据");
return;
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.println("arr" + "[" + i + "]" + "=" + arr[i % maxSize]);
}
}
//求当前队列的有效数据
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列的头数据
public int headQueue() {
//判断
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空，没用数据");
}
return arr[front];
}
}
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
a
请输入你要添加的数：
1
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
a
请输入你要添加的数：
2
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
s
arr[0]=1
arr[1]=2
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
a
请输入你要添加的数：
3
队列满了，不能添加了
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
g
取出的数是1
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
s
arr[1]=2
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
a
请输入你要添加的数：
3
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
s
arr[1]=2
arr[2]=3
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
g
取出的数是2
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
g
取出的数是3
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
a
请输入你要添加的数：
5
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s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
a
请输入你要添加的数：
6
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
s
arr[0]=5
arr[1]=6
Please input s、e、a、g、h
s显示队列
e退出程序
a添加数据
g取出数据
h查看队列头的数据
e
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