Java数据结构与算法详解：从数组到红-黑树

"Java数据结构和算法" 在Java编程中，数据结构和算法是核心概念，对于编写高效、优化的代码至关重要。本资料主要涵盖了数组、简单排序、栈与队列、链表、递归、哈希表、高级排序、二叉树、红-黑树、堆以及带权图等关键主题。 一、数组与简单排序 数组是存储固定数量同类型元素的数据结构。一维数组是最基本的形式，它可以看作是连续内存位置的集合，每个位置存储一个元素。数组的声明通常包含元素类型和数组名，如 `type var-name[]`。创建数组需要使用 `new` 运算符来分配内存，初始化则可以通过数组初始化器完成，如 `{value1, value2, ...}`。Java 提供了边界检查，防止下标越界错误，这是相比 C/C++ 的一个重要安全特性。 多维数组在Java中是数组的数组，可以是二维、三维甚至更高维度。例如，`int twoD[][] = new int[4][5]` 定义了一个4行5列的二维数组。 简单排序中，冒泡排序是一种基础的排序算法，它通过重复遍历数组，比较相邻元素并交换（如果需要），使得每次遍历都将最大（或最小）的元素“冒泡”到数组末尾。以下是一个简单的冒泡排序实现： ```java public void bubbleSort(int[] arr) { int n = arr.length; for (int i = 0; i < n - 1; i++) { for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) { if (arr[j] > arr[j + 1]) { int temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } } ``` 二、栈与队列 栈是后进先出（LIFO）的数据结构，常用于表达式求值、递归调用等场景。Java中可以通过 `java.util.Stack` 类来实现栈操作。队列则是先进先出（FIFO）的数据结构，适用于任务调度、缓冲等，可以使用 `java.util.LinkedList` 或 `java.util.Queue` 接口实现。 三、链表 链表是非连续内存空间的数据结构，每个节点包含数据和指向下一个节点的引用。Java中的 `java.util.LinkedList` 类提供了链表操作的支持。 四、递归 递归是函数自身调用自身的过程，用于解决分治问题，如斐波那契数列、树的遍历等。 五、哈希表 哈希表（如 `java.util.HashMap`）提供快速的键值对查找，通过哈希函数将键转换为数组索引，实现O(1)的平均查找时间。 六、高级排序 除了冒泡排序，还有其他更高效的排序算法，如快速排序、归并排序、堆排序等。 七、二叉树 二叉树是每个节点最多有两个子节点的树结构，常见操作包括搜索、插入和删除，Java的 `java.util.TreeSet` 和 `java.util.TreeMap` 基于红-黑树实现。 八、红-黑树 红-黑树是一种自平衡二叉查找树，保证了插入、删除和查找操作的近似O(log n)时间复杂度。 九、堆 堆是一种特殊的树形数据结构，分为最大堆和最小堆，常用于优先队列实现，Java的 `java.util.PriorityQueue` 就基于堆。 十、带权图 图是节点（顶点）和边组成的数据结构，带权图的边具有数值表示关系的强度，用于路径查找、网络流等问题，Java的 `java.util.ArrayList` 和 `java.util.LinkedList` 可用于构建邻接表表示图。 掌握这些基本数据结构和算法对于理解和解决复杂编程问题至关重要，它们是编写高效、可维护的Java程序的基础。