数据结构（一）顺序表、链表以及队列

一、顺序表
顺序表：它具有连续内存地址。访问方便O(1)，但是删除和插入不方便O(N)。常用数组实现。
在JAVA中，声明一个数组直接使用语句：int[] array = new int[k];k为已知的数组大小。
当然JAVA中本身自带了很多封装的数组，如Arrays,ArrayList,Stack等。

import java.util.Arrays;

/**数组的基本操作，包括插入，删除等，以整数数组为例进行操作
 * 
 * @author wenbaoli
 * @version 1.0
 */
public class Array {

    /** 数组插入元素
     * @param arr 数组
     * @param k 插入的位置
     * @param x 插入的元素
     * @return 返回插入元素后的数组
     */
    public static int[] Insert(int[] arr,int k,int x){
        if(k > arr.length || k < 0){
            System.out.println("插入的位置非法！");
            return null;
        }
        int[] temp = new int[arr.length+1];
        for(int i = 0;i< k; i++){
            temp[i] = arr[i];
        }
        temp[k] = x;
        for(int i = k+1 ;i<temp.length;i++){
            temp[i] = arr[i-1];
        }
        arr = temp;//这里即使改变arr，在main函数中也无法得到改变后的数组，因为方法传递的是arr的拷贝，而不是真正意义上的arr
        return temp;
    }
    /**删除数组中指定位置的元素
     * @param arr 数组
     * @param k 指定的位置
     * @return 返回删除元素后的数组
     */
    public static int[] Delete(int[] arr,int k){
        int[] temp = new int[arr.length - 1];
        for(int i = 0; i < k; i++){
            temp[i] = arr[i];
        }
        for(int i = k+1; i < arr.length; i++){
            temp[i - 1] = arr[i];
        }
        return temp;
    }

    public static void print(int[] arr){
        for(int n : arr){
            System.out.print(n + "\t");
        }
        System.out.println();
    }
    /** 对本类中的方法进行测试
     * 
     * @param arg
     */
    public static void main(String[] arg){

        //initial       
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
        print(arr);
        int[] temp;

        //insert operation
        temp = Insert(arr,5,11);
        arr = temp;//在main函数中改变arr首地址的话是可以得到改变后的数组的。
        print(arr);//此时的arr就是改变后的数组temp


        //delete operation
        temp = Delete(arr,5);
        arr = temp;
        print(arr);

        //other operation using JAVA package
        Arrays.sort(arr);//利用java包Array，对数组进行排序
        print(arr);

    }
}

这里给出了简单的数组的插入与删除。

当然对于数组类Arrays,它本身也有很多方便的方法，如：

Arrays.sort(arr);
Arrays.binarySearch(arr,key);
Arrays.fill(arr,x);

以及栈类Stack
栈的特点是：只能在表的一端进行插入与删除操作，先进后出LIFO。它有两个基本操作：出栈和入栈
使用顺序表stack与栈顶指针top来实现栈

//这个操作一般是C/c++语言操作
stack[top++] = item;//入栈
item = stack[--top];//出栈

需要注意的是：插入的时候需要判断栈是否已满，而删除的时候要判断栈是否为空。常用来设计如下题型：
判断字符串的括号匹配

JAVA中的栈则如下：

import java.util.Stack;

/**对JAVA中自带栈的测试，分别对其各个函数进行了了解与说明。这里的栈更像是一个数组，可以插入与删除（这不是栈的本来定义）。只能出栈与入栈（在一端）才是栈的特点。
 * 
 * @author wenbaoli
 *
 */
public class StackTest {

    public static void main(String[] args){
        Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();

        for(int i = 0; i < 10;i++){
            stack.add(i);
        }
        System.out.println(stack);
        System.out.println(stack.peek());//peek()函数只定位到栈顶的值，并不会出栈
        System.out.println(stack);//此时栈还是原来的
        System.out.println(stack.pop());//pop()函数会出栈。
        System.out.println(stack);//此时栈已经改变（栈顶元素已经出栈了）


        stack.add(3, 10);//在索引为3的位置插入元素10.
        System.out.println(stack);

        stack.remove(3);//去除索引为3的元素
        System.out.println(stack);


        stack.push(9);//将元素9入栈。
        System.out.println(stack);

        stack.addElement(10);//此函数相当于入栈
        System.out.println(stack);

        System.out.println(stack.capacity());//当前栈的容量（这个值可能大于已有的元素个数）

        System.out.println(stack.contains(11));//判断是否含有指定元素，返回false or true

        System.out.println(stack.empty());//判空函数,返回false or true

        System.out.println(stack.search(5));//返回元素5所在的索引值

        System.out.println(stack.capacity());
        stack.trimToSize();//将栈的容量改为当前元素所占用的量
        System.out.println(stack.capacity());//此时的容量即为元素个数
        System.out.println(stack.size());
    }
}

以及ArrayList, Set ,Map 等Collection类。大部分都有类似的方法。但是它们每种都有自己的特点。详情见：http://blog.csdn.net/lilianforever/article/details/46739495

二、链表
相对于顺序表的定位快，插入删除慢，链表则不同，它通过指针将不同位置的元素链接起来，因而优缺点与数组正好相反：定位慢（O(n)），插入删除快（O(1)）。链表一般用指针动态分配内存来实现。

在JAVA中有常见的集合类 LinkedList（它的实现采用的是链表机制）。使用之前要先导入包：

import java.util.LinkedList;

声明链表如下：

LinkedList<Integer> llist = new LinkedList<Integer>();

这里的Integer可以换成其他的对象。如String,Double,以及自定义类。

LinkedList的方法也不外乎有：插入，删除，判空，size(),判断是否含有某对象等等。这里不在一一叙述。

除此之外：也可以自定义链表，如：
首先定义一个链表的结点类

public class SingleLinkList{
    int data;
    SingleLinkList next;
}

其次声明链表其实就是已知一个头结点即可。

SingleLinkList h;

当然对于链表还需要一个一个构建，将各个链表结点链接起来。

同理，还可以定义双向链表

public class DoubleLinkList{
    int data;
    DoubleLinkList prior;
    DoubleLinkList next;
}

三、队列
队列是这样一种表：只能在一端（队尾）插入，另一端（对头）删除。

队列的实现：一般用顺序表queue,队首指针front和队尾指针rear来实现队列。它有两个基本操作：入队（enqueue),出队（dequeue）

queue[++rear] = item;//入队
queue[++front] = item;//出队

即不移动元素而是移动指针。这样操作很快，但是表前面的位置是浪费的。
因此有一种特殊的队列是：循环队列，可以避免这种浪费。首先规定一个队列长度size,入队和出队因此变为：

//入队
rear = (rear + 1) % size;
queue[rear] = item;
//出队
front = (front + 1) % size;
queue[front] = item;

JAVA中队列的实现：优先队列（说到底也是一种Collection）
首先引入包

import java.util.PriorityQueue;

声明优先队列，以及一些方法。

PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<Integer>();
pq.add(3);
System.out.println(pq);
pq.peek();
pq.poll();

在这种队列中，入队的顺序是无关的，每次都选一个优先级最小的元素出队。