数据结构与算法 —— Java 实现（线性表）

一、Java 数组的回顾学习

在学 java 基础的时候，我们会经常用到数组来存储相同类型的数据，下面我们就来简单回顾一下 Java 数组的简单使用，实在忘记怎么使用 java 数组的同学可以查看这篇文章 Java 数组的使用

import java.util.Arrays;
public class TestArray {
    public static void main(String[] args) {
    
        // 创建一个数组
        int[] arr = new int[5];
        
        // 获取数组长度
        int len = arr.length;
		
		// 循环给数组赋值
        for (int i=0;i<len;i++) {
            arr[i] = i*i;
        }

        // 遍历数组
        for (int i=0; i<len; i++)
            System.out.println(arr[i]);
		
		// 显示数组中的所有元素
		System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

以上便是系统给我们提供的 数组 api ，基于此我们可以我们就可以完成很多常规操作。但是内置的数组有时候也会带来极大的局限性？

1. 数组是定长的，我们需要动态的修改数据要怎么解决呢？
2. 比如往数组添加一个元素？可以使用 List ArrayList 等等现成的数据结构
3. 删除一个元素又要如何来做呢？
4. 修改元素很简单，直接替换对应的下标的值即可
5. 在任意位置插入一个元素该怎么处理呢？

但是如果能够出现一个变长数组的话，这些问题就可以很轻松的解决了。

二、使用 OOP 编写变长数组

注意：如果要实现传入任意数据类型的话，我们就可以把 int 数组 改为 object即可

2.0 准备

定义一个 MyArray 的 Java 类，然后添加一个私有的数组属性，并使用 无参的构造方法把数组初始化为长度为0的一个数组

/**
 * 封装数组
 * */
public class MyArray {
    private int[] elements;// 存储数据的数组，如果存储其他类型，声明为 Object

    public MyArray() {
        elements=new int[0];
    }

}

2.1 实现 add 动态添加一个元素

我们使用定长数组的时候，要实现往数组中添加一个元素，这时候我们想到的一个方式就是创建一个新的数组来实现扩容，顺着这个思路就这往下想，是不是轻松很多了呢？

思路有了，我们就用代码实现

// 我们要实现新增一个元素，所以需要传一个要新增元素的参数
public void add(int element) {
	// 创建一个比元素组容量多一个元素的数组空间
	int[] newArr = new int[elements.length+1];
	// 使用循环给新数组赋值
	for(int i=0;i<elements.length;i++) {
		newArr[i] = elements[i];
	}
	// 赋值完毕之后，把新增的元素放在数组的最后一个位置, 这里填写 elements.length 大家可以仔细思考以下 下标和 长度的位置关系
	newArr[elements.length] = element;
	// 把数组更新即可
	elements = newArr;
}

2.2 实现 delete 删除任意一个位置的元素

删除一个元素，分为两种情况：

• 一种是删除末尾元素
• 一种是删除中间的元素

删除末尾的元素比较容易，直接把数组的长度减一，然后把剩下的元素重新赋值给一个新的元素就 OK 了

删除中间的元素，要考虑一个元素，就是是否越界的情况要考虑在内，如果没有越界，就把删除的元素的前面的元素重新赋值，删除的元素的后面的元素也直接赋值的新数组当中就可以了

    // 删除数组中的元素
    public void delete(int index) {
        // 判断下标是否越界
        if (index<0 || index>elements.length-1) {
            throw new RuntimeException("下标越界");
        }

        int newArr[] = new int[elements.length-1];
        // 复制原有数据到新数组
        for (int i=0; i<newArr.length; i++) {
            if (i<index) {
                newArr[i] = elements[i];
            } else {
                // 想要删除之后的元素
                newArr[i] = elements[i+1];
            }
        }
        // 新数组替换就数组
        elements = newArr;
    }

2.3 实现 size 方法获取当前数组的长度

直接返回当前数组的长度即可

public int size() {
        return elements.length;
}

2.4 实现 get 获取指定下标的元素

用户传入一个下标值，然后判断传入的值是否合理，不合理则返回异常。反之就正常返回数据

    public int get(int index) {
        if (index<0 || index >elements.length)
            throw new RuntimeException("下标越界");
        return elements[index];
    }

2.5 实现 insert 在任意位置插入一个元素

和删除元素是一样的道理，只不过是在任意位置增加一个元素

    // 插入元素到一个指定位置
    public void insert(int index, int element) {
        // 创建一个新数组
        int[] newArr = new int[elements.length + 1];

        for (int i=0;i<newArr.length;i++) {
            // 前面的数据保持一致
            if (i<index) {
                newArr[i] = elements[i];
            } else {
             // 后面的数据在插入的位置留出来
                newArr[i+1] = elements[i];
            }
        }
        // 实现插入操作
        newArr[index] = element;
        // 数组替换
        elements = newArr;
    }

2.6 实现 set 替换任意一个元素

替换只需要用户传入下标值，以及要替换的元素即可

    // 替换指定位置的元素
    public void set(int index, int element) {
        elements[index] = element;
    }

三、栈的实现 （Stack）

3.1 栈的基本特点

栈是一个 单进单出的数据结构，栈只能在一端进，一端出。下面画一个图给大家加深一下印象

1. 栈具有栈底 以及 栈顶两部分
2. 每次入栈 和 出栈 都是从栈顶进入和出去的
3. 第一个入栈的元素会直接压入栈底，然后慢慢的往栈顶堆，直到栈被装满
4. 栈是具有 先进后出， 后进显出的特点
   

3.2 栈的实现之准备工作

我是使用动态数组完成栈的操作的，当然一个栈的空间应该一开始就指定好的。

/**
 * 实现栈，使用数组存储数据
 * 每次往栈顶添加元素
 * */
public class MyStack {
    int[] elements;
	
	// 栈的初始化
    public MyStack() {
        elements = new int[0];
    }
}

3.3 栈的实现之入栈 （push）

    // 入栈 push， 把数据放进栈的最后
    public void push(int element) {
        int newArr[] = new int[elements.length+1];

        for (int i=0;i<elements.length-1;i++) {
            newArr[i] = elements[i];
        }
        //
        newArr[elements.length] = element;
        // 更新数组
        elements = newArr;
    }

3.4 栈的实现之出栈（pop）

    // 出栈 pop， 取栈顶元素
    public int pop() {
        if (elements.length == 0) {
            throw new RuntimeException("tack is empty!");
        }

        // 去最后一个元素
        int element = elements[elements.length-1];
        // 创建一个新数组
        int newArr[] = new int[elements.length-1];
        for (int i=0;i<elements.length-1;i++) {
            newArr[i] = elements[i];
        }
        elements = newArr;
        // 返回栈顶元素
        return element;
    }

3.5 栈的实现之查看栈顶元素（peek）

    //查看栈顶元素
    public int peek() {
        if (elements.length == 0) {
            throw new RuntimeException("stack is empty!");
        }
        return elements[elements.length-1];
    }

3.6 栈的实现之判断栈为空（isEmpty）

    // 判断栈是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return elements.length == 0;
    }

四、队列的实现 （Queue）

4.1 队列的基本特点

1. 队列有两端，一段是队首，另一端就是队尾
2. 队列进入元素一般是从队首进入
3. 队列出元素一般是从队尾出
4. 队列的特点，先进先出，后进后出
   

4.2 队列之入队（add）

第一次用 PPT 动画做

    // 入队
    public void add(int element) {
        int newArr[] = new int[elements.length + 1];
        // 数组拷贝
        for (int i=0;i<elements.length;i++) {
            newArr[i] = elements[i];
        }
        newArr[elements.length] = element;
        this.elements = newArr;
    }

4.3 队列之出队 （pull）

    // 出队
    public int pull() {
        int element = elements[0]; // 取出第一个数
        int newArr[] = new int[elements.length-1];
        // 这里使用新数组的长度来拷贝
        for (int i=0;i<newArr.length;i++) {
            newArr[i] = elements[i+1];
        }
        this.elements = newArr;
        return element;
    }

4.4 队列之判断队列是否为空（isEmpty）

    // 判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return this.elements.length == 0;
    }

转载：https://blog.csdn.net/caidewei121/article/details/104986141