Java基础：数据结构与算法详解

Java数据结构和算法是计算机科学的基础组成部分，尤其在面试中被高度关注。本文档概述了Java中常用的数据结构和基本算法，包括一维数组和多维数组、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。 一、数组与简单排序 数组是相同类型变量的集合，支持通过下标访问。一维数组是一系列同类型变量的线性排列，创建时需先定义类型，然后使用`new`运算符动态分配内存。数组可以初始化，用花括号包含逗号分隔的元素值。Java对数组下标有严格的边界检查，防止越界。 简单排序方法如冒泡排序、选择排序和插入排序在面试中常见。冒泡排序通过逐个比较相邻元素并交换位置，重复此过程直到整个序列有序。选择排序则是每次从未排序部分选出最小（大）元素放到已排序部分末尾。 二、栈与队列 栈（Stack）遵循后进先出（LIFO）原则，常用于处理函数调用、表达式求值等场景。队列（Queue）遵循先进先出（FIFO）原则，适合模拟排队、消息传递等过程。Java提供了`java.util.Stack`和`java.util.Queue`接口及其实现类，如`ArrayDeque`和`LinkedList`。 三、链表 链表是一种动态数据结构，节点由数据和指向下一个节点的引用组成。它没有固定大小，可以在运行时添加或删除元素，包括单链表、双向链表等。在Java中，可以使用`java.util.LinkedList`来实现链表。 四、递归 递归是函数调用自身解决问题的方法，常用于分治策略和树遍历。Java虽然支持递归，但需要注意控制递归深度，避免栈溢出。 五、哈希表 哈希表（Hash Table），也叫散列表，利用哈希函数将键映射到数组的特定索引，实现快速查找。Java的`HashMap`和`HashSet`是常用的哈希表实现。 六、高级排序 除了简单的冒泡、选择和插入排序，还有更高效的排序算法如快速排序、归并排序、堆排序等。这些算法通常具有更好的时间复杂度，适用于大规模数据处理。 七、二叉树与红黑树 二叉树是每个节点最多有两个子节点的树结构，而红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，提供了查找、插入和删除操作的高效性能。在Java中，可以使用`TreeSet`和`TreeMap`基于红黑树实现。 八、堆与带权图 堆（Heap）是一种特殊的树形数据结构，主要用来实现优先队列。最大堆（Max Heap）和最小堆（Min Heap）有特定的父节点和子节点关系。带权图（Weighted Graph）用于表示节点间的连接及其权重，Java的`Graph`库如JGraphT可以处理这类数据结构。 总结来说，掌握这些Java数据结构和算法不仅有助于理解和解决实际编程问题，还能提升编程技能和面试表现。熟练运用这些概念能够有效地提高程序的效率和可维护性。