数据结构
数据结构是计算机科学中用于组织、管理数据的一种特殊方式，它能够有效地存储和检索数据。在Java中，数据结构通常通过集合框架（Collection Framework）来实现，它提供了一系列接口和类来帮助我们高效地处理数据。
数组（Arrays）
数组（Arrays）是一种基本的数据结构，可以存储固定大小的相同类型的元素。
int[] array = new int[5];- 特点： 固定大小，存储相同类型的元素。
- 优点： 随机访问元素效率高。
- 缺点： 大小固定，插入和删除元素相对较慢。
列表（Lists）
Java 提供了多种列表实现，如 ArrayList 和 LinkedList。
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();ArrayList:
- 特点： 动态数组，可变大小。
- 优点： 高效的随机访问和快速尾部插入。
- 缺点： 中间插入和删除相对较慢。
LinkedList:
- 特点： 双向链表，元素之间通过指针连接。
- 优点： 插入和删除元素高效，迭代器性能好。
- 缺点： 随机访问相对较慢。
集合（Sets）
集合（Sets）用于存储不重复的元素，常见的实现有 HashSet 和 TreeSet。
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();HashSet:
- 特点： 无序集合，基于HashMap实现。
- 优点： 高效的查找和插入操作。
- 缺点： 不保证顺序。
TreeSet:
- 特点：TreeSet 是有序集合，底层基于红黑树实现，不允许重复元素。
- 优点： 提供自动排序功能，适用于需要按顺序存储元素的场景。
- 缺点： 性能相对较差，不允许插入 null 元素。
映射（Maps）
映射（Maps）用于存储键值对，常见的实现有 HashMap 和 TreeMap。
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();HashMap:
- 特点： 基于哈希表实现的键值对存储结构。
- 优点： 高效的查找、插入和删除操作。
- 缺点： 无序，不保证顺序。
TreeMap:
- 特点： 基于红黑树实现的有序键值对存储结构。
- 优点： 有序，支持按照键的顺序遍历。
- 缺点： 插入和删除相对较慢。
栈（Stack）
栈（Stack）是一种线性数据结构，它按照后进先出（Last In, First Out，LIFO）的原则管理元素。在栈中，新元素被添加到栈的顶部，而只能从栈的顶部移除元素。这就意味着最后添加的元素是第一个被移除的。
Stack<Integer> stack = new Stack<>();Stack 类:
- 特点： 代表一个栈，通常按照后进先出（LIFO）的顺序操作元素。
队列（Queue）
队列（Queue）遵循先进先出（FIFO）原则，常见的实现有 LinkedList 和 PriorityQueue。
Queue<String> queue = new LinkedList<>();Queue 接口:
- 特点： 代表一个队列，通常按照先进先出（FIFO）的顺序操作元素。
- 实现类： LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque。
堆（Heap）
堆（Heap）优先队列的基础，可以实现最大堆和最小堆。
PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>();
PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());树（Trees）
Java 提供了 TreeNode 类型，可以用于构建二叉树等数据结构。
class TreeNode {
int val;
TreeNode left;
TreeNode right;
TreeNode(int x) { val = x; }
}图（Graphs）
图的表示通常需要自定义数据结构或使用图库，Java 没有内建的图类。
以上介绍的只是 Java 中一些常见的数据结构，实际上还有很多其他的数据结构和算法可以根据具体问题选择使用。
- 选择合适的结构：了解每种数据结构的特点有助于选择最适合需求的那一种。
- 性能考虑：不同的数据结构在插入、删除和查找操作上的性能差异很大。
- 线程安全性：如果您的程序涉及多线程，考虑使用线程安全的集合。
集合框架
Java集合框架提供了各种各样的数据结构，包括列表（List）、集（Set）、映射（Map）等。这些数据结构遵循特定的接口定义，而具体的实现类则提供了不同的行为特性。
接口与实现
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接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
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实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
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算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序，这些算法实现了多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。
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Collection：
Collection是所有集合类的父接口。Collection下有两个主要的子接口：List和Set。
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List：
List是一个有序的集合，允许重复元素。- 实现类包括：
ArrayList：基于动态数组实现，提供了随机访问元素的能力。LinkedList：基于双向链表实现，适合频繁插入和删除操作。Vector：线程安全的ArrayList。Stack：继承自Vector，提供了一个后进先出（LIFO）的栈结构。
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Set：
Set是一个不包含重复元素的集合。- 实现类包括：
HashSet：基于哈希表实现，插入和查找元素非常快。LinkedHashSet：维护元素的插入顺序。TreeSet：基于红黑树实现，自动排序。
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Queue：
Queue是一个先进先出（FIFO）的集合，主要用于处理队列操作。- 实现类包括：
ArrayDeque：基于数组的双端队列。LinkedList：也可作为队列使用。
-
Deque：
Deque是一个双端队列，可以从两端添加或移除元素。- 实现类包括：
ArrayDeque：高性能的双端队列实现。LinkedList：也可以作为双端队列使用。
-
Map：
Map是一个键值对集合，不允许重复的键。- 实现类包括：
HashMap：基于哈希表实现，提供了快速的查找。LinkedHashMap：维护了元素的插入顺序。TreeMap：基于红黑树实现，可以自动排序键。Hashtable：线程安全的HashMap。
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class DataStructureDemo {
public static void main(String[] args) {
// 使用 ArrayList 存储并打印元素
List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");
for (String name : names) {
System.out.println(name);
}
// 使用 HashSet 存储唯一的元素
Set<String> uniqueNames = new HashSet<>();
uniqueNames.add("Alice");
uniqueNames.add("Bob");
uniqueNames.add("Alice"); // 不会被添加，因为已经存在
System.out.println(uniqueNames);
// 使用 HashMap 存储键值对
Map<String, Integer> ages = new HashMap<>();
ages.put("Alice", 30);
ages.put("Bob", 25);
System.out.println(ages.get("Alice")); // 输出 Alice 的年龄
}
}集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
集合框架的类和接口均在java.util包中。
任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换。
