Java学习：Java中的常见数据结构以及其示例代码

在Java编程中，了解和掌握常见的数据结构是至关重要的。以下是几种常见的数据结构及其简单的示例代码：

• 数组（Array）：一种线性数据结构，用于存储相同类型的元素，可以通过索引来访问和修改元素。

int[] numbers = new int[5]; // 创建一个长度为5的整型数组
numbers[0] = 1; // 设置第一个元素的值为1
int element = numbers[2]; // 获取第三个元素的值
System.out.println(element); // 输出结果：0（默认值，因为没有赋值）

• 链表（Linked List）：由节点组成的线性数据结构，每个节点包含数据和指向下一个节点的引用。

class ListNode {
    int value;
    ListNode next;
    ListNode(int value) {
        this.value = value;
        this.next = null;
    }
}
 
// 创建链表
ListNode head = new ListNode(1);
ListNode node2 = new ListNode(2);
ListNode node3 = new ListNode(3);
 
head.next = node2;
node2.next = node3;
 
// 遍历链表
ListNode current = head;
while (current != null) {
    System.out.println(current.value);
    current = current.next;
}

• 栈（Stack）：一种后进先出（LIFO）的数据结构，只能在栈顶进行插入和删除操作。

import java.util.Stack;
 
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(1); // 添加元素到栈顶
stack.push(2);
stack.push(3);
 
int topElement = stack.peek(); // 获取栈顶元素（不移除）
System.out.println(topElement); // 输出结果：3
 
int poppedElement = stack.pop(); // 弹出栈顶元素
System.out.println(poppedElement); // 输出结果：3

• 队列（Queue）：一种先进先出（FIFO）的数据结构，可以在队尾插入元素，在队头删除元素。

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
 
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(1); // 添加元素到队尾
queue.offer(2);
queue.offer(3);
 
int frontElement = queue.peek(); // 获取队头元素（不移除）
System.out.println(frontElement); // 输出结果：1
 
int dequeuedElement = queue.poll(); // 出队队头元素
System.out.println(dequeuedElement); // 输出结果：1

• 哈希表（HashMap）：使用键-值对存储数据的结构，通过哈希函数将键映射到一个索引，可以快速访问和修改数据。

import java.util.HashMap;
 
HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("apple", 1);
hashMap.put("banana", 2);
hashMap.put("orange", 3);
 
int value = hashMap.get("banana"); // 通过键获取值
System.out.println(value); // 输出结果：2
 
boolean containsKey = hashMap.containsKey("apple"); // 检查是否包含某个键
System.out.println(containsKey); // 输出结果：true
 
hashMap.remove("orange"); // 移除指定键的键值对
 
for (String key : hashMap.keySet()) {
    int val = hashMap.get(key);
    System.out.println(key + ": " + val);
}

• 集合（Set）：一种不允许重复元素的数据结构，常见的实现类有HashSet和TreeSet。

import java.util.HashSet;
 
HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(1);
set.add(2);
set.add(3);
 
boolean contains = set.contains(2); // 检查是否包含某个元素
System.out.println(contains); // 输出结果：true
 
set.remove(3); // 移除指定元素
 
for (Integer num : set) {
    System.out.println(num);
}

• 树（Tree）：一种非线性数据结构，由节点和边组成，每个节点可以有多个子节点，常见的实现有二叉树、AVL树等。

class TreeNode {
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;
 
    public TreeNode(int val) {
        this.val = val;
        this.left = null;
        this.right = null;
    }
}
 
class BinarySearchTree {
    private TreeNode root;
 
    public void insert(int val) {
        root = insertNode(root, val);
    }
 
    private TreeNode insertNode(TreeNode node, int val) {
        if (node == null) {
            return new TreeNode(val);
        }
        if (val < node.val) {
            node.left = insertNode(node.left, val);
        } else if (val > node.val) {
            node.right = insertNode(node.right, val);
        }
        return node;
    }
 
    public boolean search(int val) {
        return searchNode(root, val);
    }
 
    private boolean searchNode(TreeNode node, int val) {
        if (node == null) {
            return false;
        }
        if (val == node.val) {
            return true;
        } else if (val < node.val) {
            return searchNode(node.left, val);
        } else {
            return searchNode(node.right, val);
        }
    }
}
 
BinarySearchTree bst = new BinarySearchTree();
bst.insert(5);
bst.insert(2);
bst.insert(8);
bst.insert(1);
 
System.out.println(bst.search(2)); // 输出结果：true
System.out.println(bst.search(10)); // 输出结果：false

• 图（Graph）：由节点和边组成的非线性数据结构，节点之间可以有多个连接关系。

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;
 
class Graph {
    private int vertices; // 顶点数
    private List<List<Integer>> adjacencyList; // 邻接表表示图
 
    public Graph(int vertices) {
        this.vertices = vertices;
        adjacencyList = new ArrayList<>(vertices);
        for (int i = 0; i < vertices; i++) {
            adjacencyList.add(new ArrayList<>());
        }
    }
 
    public void addEdge(int source, int destination) {
        adjacencyList.get(source).add(destination);
        adjacencyList.get(destination).add(source);
    }
 
    public void breadthFirstSearch(int startVertex) {
        boolean[] visited = new boolean[vertices];
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
 
        visited[startVertex] = true;
        queue.offer(startVertex);
 
        while (!queue.isEmpty()) {
            int currentVertex = queue.poll();
            System.out.print(currentVertex + " ");
 
            List<Integer> neighbors = adjacencyList.get(currentVertex);
            for (int neighbor : neighbors) {
                if (!visited[neighbor]) {
                    visited[neighbor] = true;
                    queue.offer(neighbor);
                }
            }
        }
    }
}
 
Graph graph = new Graph(6);
graph.addEdge(0, 1);
graph.addEdge(0, 2);
graph.addEdge(1, 3);
graph.addEdge(2, 4);
graph.addEdge(3, 5);
 
graph.breadthFirstSearch(0); // 从顶点0开始广度优先搜索

• 堆（Heap）：一种特殊的树形数据结构，用于高效地找到最大或最小值。

import java.util.PriorityQueue;
 
PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>(); // 创建一个最小堆
minHeap.offer(5); // 添加元素
minHeap.offer(2);
minHeap.offer(8);
minHeap.offer(1);
 
int minElement = minHeap.peek(); // 获取堆顶元素（最小值）
System.out.println(minElement); // 输出结果：1
 
while (!minHeap.isEmpty()) {
    int currentElement = minHeap.poll(); // 弹出并移除堆顶元素
    System.out.println(currentElement);
}

• 列表（List）：一种有序的数据结构，允许重复元素，常见的实现类有ArrayList和LinkedList。

import java.util.ArrayList;
 
ArrayList<Integer> myList = new ArrayList<>();
myList.add(1); // 添加元素
myList.add(2);
myList.add(3);
 
System.out.println(myList); // 输出结果：[1, 2, 3]
 
myList.remove(1); // 移除指定索引位置的元素
System.out.println(myList); // 输出结果：[1, 3]
 
int element = myList.get(0); // 获取指定索引位置的元素
System.out.println(element); // 输出结果：1
 
for (int i = 0; i < myList.size(); i++) { // 遍历列表中的元素
    System.out.println(myList.get(i));
}

这些示例代码展示了如何使用Java中的一些常见数据结构。你可以根据具体需求进行修改和扩展，以适应不同的应用场景。了解和熟练使用这些数据结构，将帮助你编写出更高效、可维护的代码。