Java基础：数据结构与算法详解（从数组到带权图）

Java数据结构和算法是编程语言Java中的核心概念，它涵盖了数据组织和处理的基本原理。在Java中，数据结构包括数组、栈与队列、链表、递归、哈希表、高级排序、二叉树、红黑树、堆以及带权图等多种类型。 1. 数组与简单排序 - 数组是Java中存储同类型数据的基本数据结构，可以是一维或多维。一维数组是由相同类型变量组成的一系列元素，创建时需要先定义类型，然后使用`new`关键字动态分配内存。数组元素可以通过下标访问，但必须确保下标在合法范围内，因为Java对数组边界进行了严格的检查。 - 简单排序包括冒泡排序、选择排序和插入排序。冒泡排序通过反复交换相邻元素，使得较大或较小的元素逐步“浮”到正确的位置。 2. 栈与队列 - 栈是一种先进后出（LIFO，Last In First Out）的数据结构，常用于函数调用、表达式求值等场景。Java中的Stack接口提供了实现栈功能的方法。 - 队列则是先进先出（FIFO，First In First Out）的结构，典型应用如消息队列。Java提供Queue接口及其多种实现，如LinkedList队列。 3. 链表 - 链表是另一种重要的数据结构，由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的引用。链表可以是单向、双向甚至循环的，提供高效的插入和删除操作。 4. 递归 - 递归是解决问题的一种策略，通过将问题分解为更小的子问题来解决。Java支持递归函数的定义和调用，但在处理大量递归时需注意性能和栈溢出的问题。 5. 哈希表（Hash Table） - 哈希表是基于键值对的数据结构，利用哈希函数将键映射到数组索引，提供快速查找、插入和删除的能力。Java中的HashMap和HashSet是常见的哈希表实现。 6. 高级排序与二叉树 - 高级排序算法通常指快速排序、归并排序等复杂排序算法，它们具有平均时间复杂度较低的优点。二叉树则是非线性数据结构，如二叉搜索树、AVL树和红黑树等，用于高效查找和排序。 7. 红黑树 - 红黑树是自平衡二叉搜索树，通过颜色标记节点保证搜索性能。插入和删除操作后，通过旋转和重新着色保持树的平衡。 8. 堆 - 堆（如二叉堆）是一种特殊的树形结构，主要用于实现优先队列，支持快速找到最大或最小元素。Java提供两种堆实现：MaxHeap和MinHeap。 9. 带权图 - 带权图用于表示复杂的连接关系，其中边有相应的权重。Java中可以使用邻接矩阵或邻接表等形式来表示图，常用算法如深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）。 掌握这些Java数据结构和算法对于编写高效、优化的程序至关重要，它们构成了计算机科学的基础，能够帮助开发者理解和解决各种实际问题。