数据结构Java实现02----线性表与顺序表
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【正文】
本节内容：
- 线性结构
- 线性表抽象数据类型
- 顺序表
- 顺序表应用
一、线性结构：
如果一个数据元素序列满足：
（1）除第一个和最后一个数据元素外，每个数据元素只有一个前驱数据元素和一个后继数据元素；
（2）第一个数据元素没有前驱数据元素；
（3）最后一个数据元素没有后继数据元素。
则称这样的数据结构为线性结构。
二、线性表抽象数据类型：
1、线性表抽象数据类型的概念：
线性表抽象数据类型主要包括两个方面：既数据集合和该数据集合上的操作集合。
数据集合：
可以表示为a0,a1,a2,...an-1,每个数据元素的数据类型可以是任意的类型。
操作集合包括如下：
1.求元素个数
2.插入
3.删除
4.查找
5.判断是否为空
2、设计线性表抽象数据类型的Java接口：
代码如下：
//线性表接口public interface List {
//获得线性表长度
public int size();
//判断线性表是否为空
public boolean isEmpty();
//插入元素
public void insert(int index,Object obj) throws Exception;
//删除元素
public void delete(int index) throws Exception;
//获取指定位置的元素
public Object get(int index) throws Exception;
}
然后我们让子类去实现这个接口就行了。
三、顺序表：（在物理存储结构上连续，大小固定）
1、顺序表的概念：
计算机有两种基本的存储结构（物理存储结构）：顺序结构、离散结构。使用顺序结构实现的线性表称为顺序表。如下图所示：
Java内存中，栈内存和堆内存占了很大一部分空间：栈内存的存储是顺序结构，堆内存的存储是离散结构。
2、设计顺序表类：
我们在上面第二段的List接口基础之上，设计一个顺序表：
（1）List.java:（线性表，和上面的第二段中代码一样）
//线性表接口public interface List {
//获得线性表长度
public int size();
//判断线性表是否为空
public boolean isEmpty();
//插入元素
public void insert(int index, Object obj) throws Exception;
//删除元素
public void delete(int index) throws Exception;
//获取指定位置的元素
public Object get(int index) throws Exception;
}
（2）SequenceList.java:（核心代码）
1 public class SequenceList implements List { 2
3 //默认的顺序表的最大长度
4 final int defaultSize = 10;
5 //最大长度
6 int maxSize;
7 //当前长度
8 int size;
9 //对象数组
10 Object[] listArray;
11
12
13 public SequenceList() {
14 init(defaultSize);
15 }
16
17 public SequenceList(int size) {
18 init(size);
19 }
20
21 //顺序表的初始化方法
22 private void init(int size) {
23 maxSize = size;
24 this.size = 0;
25 listArray = new Object[size];
26 }
27
28 @Override
29 public void delete(int index) throws Exception {
30 // TODO Auto-generated method stub
31 if (isEmpty()) {
32 throw new Exception("顺序表为空，无法删除！");
33 }
34 if (index < 0 || index > size - 1) {
35 throw new Exception("参数错误！");
36 }
37 //移动元素
38 for (int j = index; j < size - 1; j++) {
39 listArray[j] = listArray[j + 1];
40 }
41 size--;
42 }
43
44 @Override
45 public Object get(int index) throws Exception {
46 // TODO Auto-generated method stub
47 if (index < 0 || index >= size) {
48 throw new Exception("参数错误！");
49 }
50 return listArray[index];
51 }
52
53 @Override
54 public void insert(int index, Object obj) throws Exception {
55 // TODO Auto-generated method stub
56 //如果当前线性表已满，那就不允许插入数据
57 if (size == maxSize) {
58 throw new Exception("顺序表已满，无法插入！");
59 }
60 //插入位置编号是否合法
61 if (index < 0 || index > size) {
62 throw new Exception("参数错误！");
63 }
64 //移动元素
65 for (int j = size - 1; j >= index; j--) {
66 listArray[j + 1] = listArray[j];
67 }
68
69 listArray[index] = obj; //不管当前线性表的size是否为零，这句话都能正常执行，即都能正常插入
70 size++;
71
72 }
73
74 @Override
75 public boolean isEmpty() {
76 // TODO Auto-generated method stub
77 return size == 0;
78 }
79
80 @Override
81 public int size() {
82 // TODO Auto-generated method stub
83 return size;
84 }
85 }
我们来看一下第54行的插入操作insert()方法：如果需要在index位置插入一个数据，那么index后面的元素就要整体往后移动一位。这里面需要特别注意的是：
插入操作：移动元素时，要从后往前操作，不能从前往后操作，不然元素会被覆盖的。
删除元素：移动元素时，要从前往后操作。
（3）测试类：
public class Test { public static void main(String[] args) {
SequenceList list = new SequenceList(20);
try {
list.insert(0, 100);
list.insert(0, 50);
list.insert(1, 20);
for (int i = 0; i < list.size; i++) {
System.out.println("第" + i + "个数为" + list.get(i));
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我们要注意插入的规则是什么，不然会觉得这个顺序表打印输出的顺序很奇怪。
运行效果：
3、顺序表效率分析：
- 顺序表插入和删除一个元素的时间复杂度为O(n)。
- 顺序表支持随机访问，顺序表读取一个元素的时间复杂度为O(1)。因为我们是可以通过下标直接访问的，所以时间复杂度是固定的，和问题规模无关。
4、顺序表的优缺点：
- 顺序表的优点是：支持随机访问；空间利用率高（连续分配，不存在空间浪费）。
- 顺序表的缺点是：大小固定（一开始就要固定顺序表的最大长度）；插入和删除元素需要移动大量的数据。
5、顺序表的应用：
设计一个顺序表，可以保存100个学生的资料，保存以下三个学生的资料，并打印输出。
代码实现：
(1)List.java:
和上面的代码保持不变
(2)SequenceList.java:
和上面的代码保持不变
(3)Students.java:学生类
//学生类public class Students {
private String id;// 学号
private String name;// 姓名
private String gender;// 性别
private int age;// 年龄
public Students() {
}
public Students(String sid, String name, String gender, int age) {
this.id = sid;
this.name = name;
this.gender = gender;
this.age = age;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getGender() {
return gender;
}
public void setGender(String gender) {
this.gender = gender;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String toString() {
return "学号：" + this.getId() + " 姓名：" + this.getName() + " 性别：" + this.getGender() + " 年龄:" + this.getAge();
}
}
(4)Test.java:
1 public class Test { 2
3 /**
4 * @param args
5 */
6 public static void main(String[] args) {
7 // TODO Auto-generated method stub
8 SequenceList list = new SequenceList(100);
9
10 try {
11 list.insert(list.size, new Students("S0001", "张三", "男", 18)); //第一个参数list.size代表的是：我每次都是在顺序表的最后一个位置（当前线性表的长度的位置）进行插入操作。这一行里，size是等于0
12 list.insert(list.size, new Students("S0002", "李四", "男", 19));
13 list.insert(list.size, new Students("S0003", "王五", "女", 21));
14
15 for (int i = 0; i < list.size; i++) {
16 System.out.println(list.get(i));
17 }
18
19 } catch (Exception ex) {
20 ex.printStackTrace();
21 }
22 }
23
24 }
注意第11行的注释：第一个参数list.size代表的是：我每次都是在顺序表的最后一个位置（当前线性表的长度的位置）进行插入操作；这样的话，遍历时才是按照张三、李四、王五的顺序进行输出的。
运行效果：
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