演算法系列(六)資料結構之表佇列和棧
在http://blog.csdn.net/robertcpp/article/details/51559333一文中,我們講了排序,這一章來介紹一下基本資料結構:表、佇列、棧和它們的簡單實現
一、表ADT
1、陣列實現順序表
通過對陣列操作,來直接對錶進行增刪查改操作,這種線性表查詢某個位置的元素花費的時間為O(1),但是插入刪除元素花費的時間為O(n),如果對錶的操作更多的是訪問操作,那麼選擇這種實現更為合適。
下面是一個簡單實現
package com.algorithm.list;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;
/**
* 線性陣列
*
* @author chao
*
* @param <E>
*/
public class MyArrayList<E> implements Iterable<E> {
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private int theSize;
private E[] theItems;
public MyArrayList() {
clear();
}
public void clear() {
theSize = 0;
ensureCapacity(DEFAULT_CAPACITY);
}
public void ensureCapacity(int newCapacity) {
if (newCapacity < theSize) {
return;
}
E[] oldEs = theItems;
theItems = (E[]) new Object[newCapacity];
for (int i = 0; i < theSize; i++) {
theItems[i] = oldEs[i];
}
}
public int size() {
return theSize;
}
public void trimToSize() {
ensureCapacity(size());
}
public boolean isEmpty() {
return theSize == 0;
}
public E get(int index) {
if (index < 0 || index > theSize) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
return theItems[index];
}
public E set(int index, E newval) {
if (index < 0 || index >= theSize) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
E oldvallue = theItems[index];
theItems[index] = newval;
return oldvallue;
}
@Override
public Iterator<E> iterator() {
return new ArraylistIterator();
}
public boolean add(E value) {
add(size(), value);
return true;
}
public void add(int index, E value) {
if (theItems.length == theSize) {
ensureCapacity(theSize * 2 + 1);
}
for (int i = theSize; i > index; i--) {
theItems[i] = theItems[i - 1];
}
theItems[index] = value;
theSize++;
}
public E remove(int index) {
E oldvalue = theItems[index];
for (int i = index; i < theSize; i++) {
theItems[i] = theItems[i + 1];
}
theSize--;
return oldvalue;
}
class ArraylistIterator<E> implements Iterator<E> {
private int current = 0;
@Override
public boolean hasNext() {
return current < theSize;
}
@Override
public E next() {
if (!hasNext()) {
throw new NoSuchElementException();
}
return (E) theItems[current++];
}
@Override
public void remove() {
MyArrayList.this.remove(--current);
}
}
}
2、連結串列連結串列是一種插入刪除操作時間複雜度為O(1)的資料結構,但是訪問操作的時間複雜度為O(n)
下面是我們的簡單實現
package com.algorithm.list;
import java.util.ConcurrentModificationException;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;
/**
* 連結串列資料結構
*
* @author chao
*
* @param <E>
*/
public class MyLinkedList<E> implements Iterable<E> {
private class Node<T> {
public Node() {
}
public Node(T ele, Node next, Node pre) {
this.ele = ele;
this.next = next;
this.pre = pre;
}
T ele;
Node next;
Node pre;
}
private Node<E> head;
private Node<E> tail;
private int size;
private int modcount = 0;
public MyLinkedList() {
clear();
}
public void clear() {
head = new Node<E>(null, null, null);
tail = new Node<E>(null, head, null);
head.next = tail;
size = 0;
modcount++;
}
@Override
public Iterator<E> iterator() {
return new LinkedListIterator();
}
private class LinkedListIterator implements Iterator<E> {
private Node<E> current = head.next;
private boolean okToremove = false;
private int expectedModcount = modcount;
@Override
public boolean hasNext() {
return current != tail;
}
@Override
public E next() {
if (modcount != expectedModcount) {
throw new ConcurrentModificationException();
} else if (!hasNext()) {
throw new NoSuchElementException();
}
current = current.next;
okToremove = true;
return (E) current.pre.ele;
}
@Override
public void remove() {
if (!okToremove) {
throw new IllegalStateException();
} else if (modcount != expectedModcount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
MyLinkedList.this.remove(current.pre);
okToremove = false;
expectedModcount++;
}
}
public boolean isempty() {
return size == 0;
}
public int size() {
return size;
}
private Node getNode(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
Node<E> p = null;
if (index < size / 2) {
p = head.next;
for (int i = 0; i < index; i++)
p = p.next;
} else {
p = tail;
for (int i = size; i > index; i--)
p = p.pre;
}
return p;
}
public E get(int index) {
return (E) getNode(index).ele;
}
private E remove(Node node) {
node.next.pre = node.pre;
node.pre.next = node.next;
size--;
modcount++;
return (E) node.ele;
}
public E remove(int index) {
return remove(getNode(index));
}
public void add(int index, E ele) {
addBefore(getNode(index), ele);
}
private void addBefore(Node node, E ele) {
Node newnode = new Node<E>(ele, node.pre, node);
node.pre.next = newnode;
node.pre = newnode;
size++;
modcount++;
}
public void add(E ele) {
add(size, ele);
}
}
三、佇列資料結構
佇列是一種先進先出的資料結構FIFO
有兩種實現方式,一種是連結串列實現,一種是陣列實現。跟剛才講的表的實現一樣的,只是在表的基礎上加了限制,
每次只能在表的末尾增加新元素,訪問元素只能從表頭訪問。
執行緒池中有執行緒佇列,訊息池中有訊息佇列,實際應用中通常會對佇列中的元素新增優先順序,那種佇列叫做優先佇列,後期會做單獨分析。
四、棧的資料結構
棧是一種後進先出的資料結構LIFO
跟佇列一樣,棧也有兩種實現方式,陣列實現跟連結串列實現。在表的基礎上加了限制,
每次只能在表的末尾新增元素,訪問元素也只能從表的末尾
棧是計算機術語中比較重要的概念,實質上棧就是一段記憶體區域,但是棧滿足一定的特性,那就是隻有一個口,具有先入後出的特性,這種特性在計算機中有很廣泛的運用。其實在程式設計師無時無刻不在運用棧,函式的呼叫是我們間接使用棧的最好例子,因此可以說棧的一個最重要的運用就是函式的呼叫。但是棧的運用還不止這些,還有很多,其中幾個典型的執行如下:判斷平衡符號,實現表示式的求值(也就是中綴表示式轉字尾表示式的問題以及字尾表示式求值問題),在路勁探索中實現路勁的儲存也可以說是棧的經典運用之一。
佇列和和棧的兩種實現請參考我的github地址https://github.com/robertjc/simplealgorithm
github程式碼也在不斷完善中,有些地方可能有問題,還請多指教
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