Java基础：数据结构与算法详解(从数组到红黑树)

Java数据结构是编程中至关重要的组成部分，它涉及到如何组织和存储数据以提高程序效率。本资源主要讲解了以下几个核心概念： 1. **数组** - Java中的数组是一维或多维的固定大小容器，用于存储相同类型的元素。一维数组由相同类型变量组成，声明时需要指定类型和数组名称，如`type var-name[]`。数组通过下标访问元素，具有动态内存分配特性。数组可以使用初始化列表进行快速填充，但必须确保下标在合法范围内，避免越界错误。多维数组实际上是一维数组的数组，如`int twoD[][] = new int[4][5]`，表示一个4行5列的二维数组。 2. **简单排序** - 简单排序算法主要包括冒泡排序、选择排序和插入排序。冒泡排序通过不断交换相邻元素的位置，将较大（或较小）的数值逐渐“冒泡”至数组顶端。选择排序则是每次从未排序部分选取最小（或最大）元素，放到已排序部分的末尾。插入排序则将未排序元素逐个插入已排序部分的适当位置。 3. **栈与队列** - 队列和栈是两种基本的线性数据结构。栈遵循先进后出（LIFO）原则，常用于函数调用、表达式求值等场景；而队列遵循先进先出（FIFO）原则，适合任务调度、消息传递等场景。 4. **链表** - 链表分为单链表和双链表，是动态数据结构，能高效地插入和删除元素，不需要连续的内存空间。链表节点通常包含数据和指向下一个节点的引用。 5. **递归** - 递归是一种解决问题的方法，通过将问题分解为更小的子问题来解决。Java中使用递归时需注意调用栈的管理，防止因递归深度过大导致堆栈溢出。 6. **哈希表（Hash Table）** - 哈希表利用哈希函数将键映射到数组的索引，实现快速查找、插入和删除操作。常见的哈希表实现如HashMap。 7. **高级排序** - 除了简单的冒泡、选择和插入排序，还包括更高效的排序算法如快速排序、归并排序、堆排序等，它们的时间复杂度更低。 8. **二叉树** - 二叉树是一种分治的数据结构，包含左右两个子树，广泛应用于搜索、排序和数据压缩等领域。二叉搜索树、平衡二叉树（如红黑树）等都是二叉树的变体。 9. **堆（Heap）** - 堆是一种特殊的树形数据结构，常用于实现优先队列，特别是大根堆（父节点大于子节点）和小根堆（父节点小于子节点）的应用。 10. **带权图（Weighted Graph）** - 图论中的带权图用于表示连接节点之间的边带有权重，常见于最短路径、最小生成树等问题。 通过学习这些基础概念，开发者可以更好地理解和应用Java进行高效的数据处理和算法设计。掌握数据结构有助于优化程序性能，提高代码的可读性和可维护性。