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java常见的8种数据结构
2024-05-14 09:00:06基础资料围观195次
一、线性结构：数组、链表、哈希表；队列、栈
1.数组：
数组是有序元素的序列，在内存中的分配是连续的，数组会为存储的元素都分配一个下标（索引），此下标是一个自增连续的，访问数组中的元素通过下标进行访问；数组下标从0开始访问；
2.链表：
链表是由一系列节点Node（也可称元素）组成，数据元素的逻辑顺序是通过链表的指针地址实现，通常情况下，每个节点包含两个部分，一个用于存储元素的内存地址，名叫数据域，另一个则指向下一个相邻节点地址的指针，名叫指针域；根据链表的指向不同可分为单向链表、双向链表、循环链表等；我们本章介绍的是单向链表，也是所有链表中最常见、最简单的链表；
3.散列表（哈希表）：
也叫哈希表，是根据键和值 (key和value) 直接进行访问的数据结构，通过key和value来映射到集合中的一个位置，这样就可以很快找到集合中的对应元素。它利用数组支持按照下标访问的特性，所以散列表其实是数组的一种扩展，由数组演化而来。
散列表首先需要根据key来计算数据存储的位置，也就是数组索引的下标；
HashValue=hash(key)
散列表就是把Key通过一个固定的算法函数既所谓的哈希函数转换成一个整型数字，然后就将该数字对数组长度进行取余，取余结果就当作数组的下标，将value存储在以该数字为下标的数组空间里，这种存储空间可以充分利用数组的查找优势来查找元素，所以查找的速度很快
在散列表中，左边是个数组，数组的每个成员包括一个指针，指向一个链表的头，当然这个链表可能为空，也可能元素很多。我们根据元素的一些特征把元素分配到不同的链表中去，也是根据这些特征，找到正确的链表，再从链表中找出这个元素。
4.队列：
队列与栈一样，也是一种线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入，而在表的另一端进行删除。队列的特点是先进先出，从一端放入元素的操作称为入队，取出元素为出队；(先进先出 )
5.栈：
是一种特殊的线性表，仅能在线性表的一端操作，栈顶允许操作，栈底不允许操作。 栈的特点是：先进后出从栈顶放入元素的操作叫入栈（压栈），取出元素叫出栈（弹栈）
入栈操作：
出栈操作：
| 数据结构 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 数组 | 查找快 | 增删慢 |
| 链表 | 增删快 | 查找慢 |
| 哈希表 | 增删、查找都快 | 数据散列，对存储空间有浪费 |
| 栈 | 顶部元素插入和取出快 | 除顶部元素外，存取其他元素都很慢 |
| 队列 | 顶部元素取出和尾部元素插入快 | 存取其他元素都很慢 |
| 二叉树 | 增删、查找都快 | 删除算法复杂 |
| 红黑树 | 增删、查找都快 | 算法复杂 |
| 位图 | 节省存储空间 | 不方便描述复杂的数据关系 |
二、非线性结构有：堆、树(二叉树、B树、B+树
6.堆：
堆可以看做是一颗用数组实现的二叉树，所以它没有使用父指针或者子指针。堆根据“堆属性”来排序，“堆属性”决定了树中节点的位置。
堆的特性：如果一个结点的位置为k，则它的父结点的位置为[k/2]，而它的两个子结点的位置则分别为2k和2k+1。这样，在不使用指针的情况下，我们也可以通过计算数组的索引在树中上下移动：从arr[k]向上一层，就令k等于k/2,向下一层就令k等于2k或2k+1。
堆的定义如下：n个元素的序列{k1,k2,ki,…,kn}当且仅当满足下关系时，称之为堆；
(ki <= k2i,ki <= k2i+1)或者(ki >= k2i,ki >= k2i+1)满足前者的表达式的成为小顶堆（小根堆），满足后者表达式的为大顶堆（大根堆），很明显我们上面画的堆数据结构是一个大根堆；
大小根堆数据结构图：
一般来说将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。常见的堆有二叉堆、斐波那契堆等。
7.树：
它是由n（n>=1）个有限节点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做 “树” 是因为它看起来像一棵倒挂的树，也就是说它是根朝上，而叶朝下的。它具有以下的特点：
1）每个节点有0个或多个子节点；
2）没有父节点的节点称为根节点；
3）每一个非根节点有且只有一个父节点；
4）除了根节点外，每个子节点可以分为多个不相交的子树；
5）右子树永远比左子树大，读取顺序从左到右；
树的分类有非常多种，平衡二叉树（AVL）、红黑树RBL（R-B Tree）、B树（B-Tree）、B+树（B+Tree）等，但最早都是由二叉树演变过去的；
1.二叉树分类
每个结点最多有两颗子树
时间复杂度最好情况是O(logn) ，最坏情况下时间复杂度O(n)
1）满二叉树：如果一个二叉树的层数为K，且结点总数是(2^k) -1 ，则它就是满二叉树。
2）完全二叉树：如果一个二叉树的深度为h，除第 h 层外，其它各层 (1～h-1) 的结点数都达到最大个数，第 h 层所有的结点都连续集中在最左边，这就是完全二叉树。
3）二叉查找树：左子树上的值都比其根节点小，右子树上的值都比其根节点大。
二叉查找树的中序遍历一定是从小到大排序的。
4）平衡二叉树（红黑树）：是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1，并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树。
平衡二叉树必须是二叉查找树
性能：平衡二叉树在添加和删除时需要进行复杂的旋转保持整个树的平衡，最终，插入、查找的时间复杂度都是 O(logn)，性能已经相当好了。
5）最优二叉树(哈夫曼树): 树的带权路径长度达到最小，称这样的二叉树为最优二叉树，也称为哈夫曼树(Huffman Tree)。
哈夫曼树是带权路径长度最短的树，权值较大的结点离根较近。应用：哈夫曼编码。
2.红黑树：是一种自平衡二叉查找树。应用内存排序。
插入和删除的最坏的时间复杂度是O(log N) 。
红黑树左旋和右旋的目的是为了自平衡。
参考：1.红黑树、B+树 2.红黑树在什么时候左旋 右旋 如何旋转
1）每个节点非红即黑；
2）根节点是黑的；
3）每个叶节点(叶节点即树尾端NULL指针或NULL节点)都是黑的；
4）如果一个节点是红的,那么它的两儿子都是黑的；
5）对于任意节点而言，其到叶子点树NULL指针的每条路径都包含相同数目的黑节点；
6）高度始终保持在h = logn
7）红黑树的查找、插入、删除的时间复杂度最坏为O(log n)
2.1 变色规则 红黑树使用红黑二色进行“着色”,目的是利用颜色值作为二叉树的平衡对称性的检查。
当前结点的父亲是红色，且它的祖父结点的另一个子结点也是红色（叔叔结点）：
（1）把父节点设为黑色
（2）把叔叔也设为黑色
（3）把祖父也就是父亲的父亲设为红色（爷爷）
（4）把指针定义到祖父结点设为当前要操作的（爷爷）分析的点变换的规则
这里我们新插入一个值 6 ( 插入的节点都是红色的 所以 6 是红色的节点 ) ，变色后的图形。
红黑树的创建：节点的初始颜色为红色。
2.2 左旋：
以某个结点作为支点(旋转结点)，其右子结点变为旋转结点的父结点，右子结点的左子结点变为旋转结点的右子结点，左子结点保持不变。
2.3 右旋：
以某个结点作为支点(旋转结点)，其左子结点变为旋转结点的父结点，左子结点的右子结点变为旋转结点的左子结点，右子结点保持不变。
2.4 红黑树查找：和二叉平衡树的查找一样
3.B树(多叉树)：
平衡多路查找树（查找路径不只两个），不同于常见的二叉树，它是一种多叉树。O(logN)
4.B+树：
是一种自平衡树数据结构，它保持数据排序；在进行搜索、顺序访问、插入和删除的复杂度是O(log n)且B+树只在叶子节点中存放数据，所以消除了一些B树的缺陷。非叶子节点只保存索引,不保存实际的数据,数据都保存在叶子节点中。O(nlogn)
4.1 B+树查找：树的高度低，支持范围查找
4.2 mysql为什么采用B+树
1）磁盘IO的次数更少
2）支持范围查找
4.3 B树与B+树的区别
1）B+树所有数据都存在叶子节点
2）B+树的叶子节点有双向指针,方便范围查找，且叶节点上的数据从小到大顺序连接
三、图(对现实世界建模)
图是一系列顶点（元素）的集合，这些顶点通过一系列边连接起来组成图这种数据结构。顶点用圆圈表示，边就是这些圆圈之间的连线。顶点之间通过边连接。
图分为有向图和无向图：
有向图：边不仅连接两个顶点，并且具有方向；
无向图：边仅仅连接两个顶点，没有其他含义；
图是一种比较复杂的数据结构，在存储数据上有着比较复杂和高效的算法，分别有邻接矩阵 、邻接表、十字链表、邻接多重表、边集数组等存储结构。我们本次了解到这里即可；
四、mysql
1.mysql底层数据结构：B+树
1.1 索引的最左前缀原则:mysql建立多列索引（联合索引）有最左前缀的原则，即最左优先。
1.2 explain(sql执行计划):避免全表扫描，尽量走索引。
1) type: system > const > eq_ref > ref > range(范围) > index(索引) > all (性能好->差)
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