数据结构与算法(java版)
数据结构与算法
数据结构和算法概述
数据结构和算法的关系
数据data结构(structure)是一门研究组织数据方式的学科，有了编程语言也就有了数据结构.学好数据结构可以编写出更加漂亮，更加有效率的代码。
要学习好数据结构就要多多考虑如何将生活中遇到的问题，用程序去实现解决。
程序=数据结构+算法
数据结构是算法的基础，换言之，想要学好算法，需要把数据结构学到位。
线性结构
线性结构作为最常用的数据结构，其特点是数据元素之间存在一对一的线性关系
线性结构有两种不同的存储结构，即顺序存储结构（数组和链式存储结构（链表）。顺序存储的线性表称为顺序表，顺序表中的存储元素是连续的
链式存储的线性表称为链表，链表中的存储元素不一定是连续的，元素节点中存放数据元素以及相邻元素的地址信息
线性结构常见的有：数组、队列、链表和栈
稀疏数组
当一个数组中大部分元素为0，或者为同一个值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。
记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
把具有不同值的元素的行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模
二维数组转换成稀疏数组
思路：
遍历原始的二维数组，得到有效数据的个数sum
根据sum就可以创建稀疏数组sparseArr int[sum+1][3]
将二维数组的有效数据数据存入到稀疏数组
稀疏数组转换成原始的二维数组思路
先读取稀疏数组的第一行，根据第一行的数据，创建原始的二维数组，比如上面的chessArr2=int[11[11】
在读取稀疏数组后几行的数据，并赋给原始的二维数组即可.
代码实现
创建二维数组
//稀疏数组
public class SparseArray {
public static void main(String[] args) {
//创建一个原始的二维数组11*11
//0：没有棋子，1：黑子，2：蓝子
int chessArr1[][] = new int[11][11];
chessArr1[1][2] = 1;
chessArr1[2][3] = 2;
//输出原始的二维数组
for (int[] row : chessArr1){
for (int data : row){
System.out.printf("%d\t",data);
}
System.out.println();
}
}
}
增强for循环
for(数据类型 变量名 :遍历的目标){ //数据类型 变量名:声明一个变量用来接收遍历目标遍历后的元素
}
如果是实现了Iterable接口的对象或者是数组对象都可以使用增强for循环。
普通for循环可以没有遍历的目标，而增强for循环一定要有遍历的目标
printf()函数
Java中的printf()方法是类似于C语言的printf()风格的一种格式化输出功能。printf()并不使用重载的 “+” 操作符（C没有重载）来连接引号内的字符串或者字符串变量，而是使用特殊的占位符来表示数据将来的位置。而且它将插入格式化字符串的参数，按照顺序以逗号隔开，在字符串后面顺次排列。
这些占位符在Java中被称为 格式修饰符 。
%d表示是一个整数
\t是补全当前字符串长度到8的整数倍，最少1个最多8个空格
public class SparseArray {
public static void main(String[] args) {
//创建一个原始的二维数组11*11
//0：没有棋子，1：黑子，2：蓝子
int chessArr1[][] = new int[11][11];
chessArr1[1][2] = 1;
chessArr1[2][3] = 2;
//输出原始的二维数组
System.out.println("原始的二维数组");
for (int[] row : chessArr1){
for (int data : row){
System.out.printf("%d\t",data);
}
System.out.println();
}
/**
* 二维数组转换成稀疏数组
* 遍历原始的二维数组，得到有效数据的个数sum
* 根据sum就可以创建稀疏数组sparseArr int[sum+1][3]
* 将二维数组的有效数据数据存入到稀疏数组
*/
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 11; i++) {
for (int j = 0; j < 11; j++) {
if (chessArr1[i][j] != 0){
sum++;
}
}
}
int sparseArr[][] = new int[sum+1][3];
sparseArr[0][0] = 11;
sparseArr[0][1] = 11;
sparseArr[0][2] = sum;
int count = 0; //count用于记录第几个非0数据
for (int i = 0; i < 11; i++) {
for (int j = 0; j < 11; j++) {
if (chessArr1[i][j] != 0){
count++;
sparseArr[count][0] = i;
sparseArr[count][1] = j;
sparseArr[count][2] = chessArr1[i][j];
}
}
}
//输出稀疏数组
System.out.println();
System.out.println("转换为稀疏数组如下：");
for (int i = 0;i < sparseArr.length; i++) {
System.out.printf("%d\t%d\t%d\t\n",sparseArr[i][0],sparseArr[i][1],sparseArr[i][2]);
}
System.out.println();
/**
* 稀疏数组转换成原始的二维数组思路
* 先读取稀疏数组的第一行，根据第一行的数据，创建原始的二维数组，比如上面的chessArr2=int[11[11】
* 在读取稀疏数组后几行的数据，并赋给原始的二维数组即可.
*/
int chessArr2[][] = new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];
for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++){
chessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]] = sparseArr[i][2];
}
System.out.println();
System.out.println("恢复后的二维数组");
for (int[] row : chessArr2){
for (int data : row){
System.out.printf("%d\t",data);
}
System.out.println();
}
}
}
课后练习
要求：
1)在前面的基础上，将稀疏数组保存到磁盘上，比如map.data
2)恢复原来的数组时，读取map.data进行恢复
代码实现
思路：
使用FileOutputStream将稀疏数组写入chess.text文件
循环遍历稀疏数组
如果是当前行的第三个元素，直接写入数据值。
如果不是第三个元素，以逗号结尾的形式写入数据值，以便后续读取时可以通过逗号进行分割。
String.valueOf(a) 将整数 a 转换为字符串。
使用 BufferedReader 从 chess.text 文件中逐行读取数据。
稀疏矩阵的第一行包含稀疏数组的行数和列数，从中获取行数 row 和列数 col，并初始化 chessArray2 数组。
System.out.println("把稀疏数组保存到文件中.....");
//使用FileOutputStream将稀疏数组写入chess.text文件
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("chess.text"));
/**
* 循环遍历稀疏数组
* 如果是当前行的第三个元素，直接写入数据值。
* 如果不是第三个元素，以逗号结尾的形式写入数据值，以便后续读取时可以通过逗号进行分割。
* String.valueOf(a) 将整数 a 转换为字符串。
*/
for (int i = 0; i< sparseArr.length;i++){
for (int j = 0;j< sparseArr[0].length;j++){
int a = sparseArr[i][j];
if(j == 2){
fileOutputStream.write((String.valueOf(a)).getBytes());
}else {
fileOutputStream.write((String.valueOf(a)+",").getBytes());
}
}
fileOutputStream.write("\n".getBytes());
}
System.out.println("-----读取文件中的稀疏数组并恢复为原来的数组-------");
//使用 BufferedReader 从 chess.text 文件中逐行读取数据。
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader("chess.text"));
String line = null;
int c = 0;
String row = null;
String col = null;
//第一行（稀疏矩阵的第一行）包含稀疏数组的行数和列数，从中获取行数 row 和列数 col，并初始化 chessArray2 数组。
int[][] chessArray2 = null;
while((line = bufferedReader.readLine())!= null){
c++;
if(c==1){//稀疏矩阵的第一行
String[] array = line.split(",");//以，为分割读取文件
row = array[0];
col = array[1];
chessArray2 = new int[Integer.parseInt(row)][Integer.parseInt(col)];
}else {
String[] array = line.split(",");
String row2 = array[0];
String col2 = array[1];
String val2 = array[2];
chessArray2[Integer.parseInt(val2)][Integer.parseInt(col2)] = Integer.parseInt(val2);
}
}
for (int[] r:chessArray2){
for (int item:r){
System.out.printf("%d\t",item);
}
System.out.println();
}
fileOutputStream.close();
队列
队列是一个有序列表，可以用数组（顺序存储）或是链表（链式存储）来实现
遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出
使用数组实现队列
public class ArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
//测试
//创建队列
ArrayQueue1 arrayQueue1 = new ArrayQueue1(6);
char key = ' '; //接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单
while (loop) {
System.out.println("s(show): 显示队列");
System.out.println("e(exit): 退出程序");
System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
System.out.println("g(get): 从队列中取出数据");
System.out.println("h(head): 查看队列头数据");
key = scanner.next().charAt(0); //接收一个字符
switch (key) {
case 's':
arrayQueue1.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue1.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue1.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': //查看队列头的数据
try {
int res = arrayQueue1.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
}
//使用数组模拟队列，编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue1 {
private int maxSize; //表示数组的最大容量
private int front; //队列头
private int rear; //队列尾
private int[] arr; //存放数据，模拟队列
//创建队列的构造器
public ArrayQueue1(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1; //指向队列头部，指向队列头的前一个位置
rear = -1; //指向队列尾的数据，队列的最后一个数据
}
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
//判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，不能添加数据");
return;
}
rear++; //让rear后移一位
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
//抛出异常
throw new RuntimeException("队列为空，不能取出数据");
}
front++; //front后移
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue() {
//遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，没有数据~~");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
//显示队列的头数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空没有数据");
}
return arr[front+1];
}
}
非线性结构
二维数组，多维数组，广义表，树结构，图结构
此笔记参考的尚硅谷的数据结构与算法课程
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