力扣 外传之数据结构java篇

 本文为笔者数据结构部分笔记

笔者根据数据结构理论加上最近刷题整理了一套 数据结构理论加常用方法以下为该文章：

力扣外传之数据结构（一篇文章搞定数据结构）

Java 数据结构概述

Java 提供了丰富的数据结构实现，主要通过 java.util 包中的集合框架（Collections Framework）提供。这些数据结构可分为以下几类：

线性数据结构

1. 数组（Array）

   • 固定大小，通过索引访问元素。
   • 示例代码：

     int[] arr = new int[5];  
     arr[0] = 10;  
     

2. ArrayList

   • 动态数组，支持自动扩容。
   • 示例代码：

     ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  
     list.add("Java");  
     

3. LinkedList

   • 双向链表实现，适合频繁插入/删除操作。
   • 示例代码：

     LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();  
     linkedList.add(1);  
     

4. Stack

   • 后进先出（LIFO）结构，继承自 Vector。
   • 示例代码：

     Stack<String> stack = new Stack<>();  
     stack.push("A");  
     

5. Queue

   • 先进先出（FIFO）接口，常用实现类为 LinkedList 或 PriorityQueue。
   • 示例代码：

     Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();  
     queue.offer(10);  
     

树形数据结构

1. TreeSet

   • 基于红黑树实现的有序集合，元素唯一且自动排序。
   • 示例代码：

     TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<>();  
     treeSet.add(5);  
     

2. TreeMap

   • 基于红黑树的键值对结构，按键排序。
   • 示例代码：

     TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();  
     treeMap.put("Key", 100);  
     

哈希表相关

1. HashSet

   • 基于哈希表的无序集合，元素唯一。
   • 示例代码：

     HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();  
     hashSet.add("Java");  
     

2. HashMap

   • 基于哈希表的键值对结构，允许 null 键和值。
   • 示例代码：

     HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();  
     map.put("A", 1);  
     

3. LinkedHashMap

   • 保留插入顺序的哈希表。
   • 示例代码：

     LinkedHashMap<String, Integer> linkedMap = new LinkedHashMap<>();  
     linkedMap.put("B", 2);  
     

堆结构

1. PriorityQueue
   • 基于优先级的堆实现，默认最小堆。
   • 示例代码：

     PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();  
     pq.offer(3);  
     

选择数据结构的准则

• 随机访问：优先使用 ArrayList。
• 频繁插入/删除：选择 LinkedList。
• 键值存储：HashMap（无序）或 TreeMap（有序）。
• 去重需求：HashSet 或 TreeSet。
• 线程安全：考虑 ConcurrentHashMap 或 CopyOnWriteArrayList。

注意事项

• 使用泛型（如 ArrayList<String>）避免类型转换错误。
• 注意 HashMap 的负载因子和扩容机制对性能的影响。
• 树形结构的操作时间复杂度通常为 O(log n)，而哈希表为 O(1)。

Java 数据结构概述

Java 提供了丰富的数据结构实现，主要通过 java.util 包中的集合框架（Collections Framework）提供。这些数据结构可分为以下几类：

线性数据结构

1. 数组（Array）

   • 固定大小，通过索引访问元素。
   • 示例代码：

     int[] arr = new int[5];  
     arr[0] = 10;  
     

2. ArrayList

   • 动态数组，支持自动扩容。
   • 示例代码：

     ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  
     list.add("Java");  
     

3. LinkedList

   • 双向链表实现，适合频繁插入/删除操作。
   • 示例代码：

     LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();  
     linkedList.add(1);  
     

4. Stack

   • 后进先出（LIFO）结构，继承自 Vector。
   • 示例代码：

     Stack<String> stack = new Stack<>();  
     stack.push("A");  
     

5. Queue

   • 先进先出（FIFO）接口，常用实现类为 LinkedList 或 PriorityQueue。
   • 示例代码：

     Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();  
     queue.offer(10);  
     

树形数据结构

1. TreeSet

   • 基于红黑树实现的有序集合，元素唯一且自动排序。
   • 示例代码：

     TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<>();  
     treeSet.add(5);  
     

2. TreeMap

   • 基于红黑树的键值对结构，按键排序。
   • 示例代码：

     TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();  
     treeMap.put("Key", 100);  
     

哈希表相关

1. HashSet

   • 基于哈希表的无序集合，元素唯一。
   • 示例代码：

     HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();  
     hashSet.add("Java");  
     

2. HashMap

   • 基于哈希表的键值对结构，允许 null 键和值。
   • 示例代码：

     HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();  
     map.put("A", 1);  
     

3. LinkedHashMap

   • 保留插入顺序的哈希表。
   • 示例代码：

     LinkedHashMap<String, Integer> linkedMap = new LinkedHashMap<>();  
     linkedMap.put("B", 2);  
     

堆结构

1. PriorityQueue
   • 基于优先级的堆实现，默认最小堆。
   • 示例代码：

     PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();  
     pq.offer(3);  
     

选择数据结构的准则

• 随机访问：优先使用 ArrayList。
• 频繁插入/删除：选择 LinkedList。
• 键值存储：HashMap（无序）或 TreeMap（有序）。
• 去重需求：HashSet 或 TreeSet。
• 线程安全：考虑 ConcurrentHashMap 或 CopyOnWriteArrayList。

注意事项

• 使用泛型（如 ArrayList<String>）避免类型转换错误。
• 注意 HashMap 的负载因子和扩容机制对性能的影响。
• 树形结构的操作时间复杂度通常为 O(log n)，而哈希表为 O(1)。