线性表分析及Java实现

? ? ? 数据结构中的线性表，对应着Collection中的List接口。

? ? ? 在本节中，我们将做以下三件事

? ? ? ? ? ? 第一。我们先来看看线性表的特征

? ? ? ? ? ? 第二，自己用JAVA实现List

? ? ? ? ? ? 第三，对比的线性表、链式表性能，以及自己的List性能与JDKList性能对比

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? ? ? 线性表特征：?

? ? ? ? ? ? 第一，一个特定的线性表，应该是用来存放特定的某一个类型的元素的（元素的“同一性”）

? ? ? ? ? ? 第二， 除第一个元素外，其他每一个元素有且仅有一个直接前驱；除最后一个元素外，其他每一个元素有且仅有一个 ? ? ? ? ? ? 直接后继（元素的“序偶性”）

? ? ? ? ? ? 第二， 元素在线性表中的“下标”唯一地确定该元素在表中的相对位置（元素的“索引性”）

? ? ? ?又，一.线性表只是数据的一种逻辑结构，其具体存储结构可以为顺序存储结构和链式储存结构来完成，对应可以得到顺序表和链表，

? ? ? ? ? ? 二.对线性表的入表和出表顺序做一定的限定，可以得到特殊的线性表，栈(FILO)和队列（FIFO）

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? ? 自己实现线性表之顺序表

? ? ? ? ? ? ?思路：

? ? ? ? ? ? ? ? 1. 顺序表因为采用顺序存储形式，所以内部使用数组来存储数据

? ? ? ? ? ? ? ? 2.因为存储的具体对象类型不一定，所以采用泛型操作

? ? ? ? ? ? ? ? 3.数组操作优点：1.通过指针快速定位到下表，查询快速

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?缺点：1.数组声明时即需要确定数组大小。当操作中超过容量时，则需要重新声明数组，并且复制当前所有数据

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.当需要在中间进行插入或者删除时，则需要移动大量元素（size-index个）

? 具体实现代码如下

/** * 自己用数组实现的线性表 */public class ArrayList<E> {Object[] data = null;// 用来保存此队列中内容的数组int current;// 保存当前为第几个元素的指标int capacity;// 表示数组大小的指标 /** * 如果初始化时，未声明大小，则默认为10 */public ArrayList() {this(10);}/** * 初始化线性表，并且声明保存内容的数组大小 * @param initalSize */public ArrayList(int initalSize) {if (initalSize < 0) {throw new RuntimeException("数组大小错误:" + initalSize);} else {this.data = new Object[initalSize];this.current = 0;capacity = initalSize;}}/** * 添加元素的方法 添加前，先确认是否已经满了 * @param e * @return */public boolean add(E e) {ensureCapacity(current);// 确认容量this.data[current] = e;current++;return true;}/** * 确认系统当前容量是否满足需要,如果满足，则不执行操作 如果不满足，增加容量 * @param cur 当前个数 */private void ensureCapacity(int cur) {if (cur == capacity) {// 如果达到容量极限，增加10的容量，复制当前数组this.capacity = this.capacity + 10;Object[] newdata = new Object[capacity];for (int i = 0; i < cur; i++) {newdata[i] = this.data[i];}this.data = newdata;}}/** * 得到指定下标的数据 * @param index * @return */public E get(int index) {validateIndex(index);return (E) this.data[index];}        /**    * 返回当前队列大小    * @return    */public int size() {return this.current;}/** * 更改指定下标元素的数据为e * @param index  * @param e * @return */public boolean set(int index, E e) {validateIndex(index);this.data[index] = e;return true;}   /** *  验证当前下标是否合法，如果不合法，抛出运行时异常 * @param index 下标 */private void validateIndex(int index) {if (index < 0 || index > current) {throw new RuntimeException("数组index错误：" + index);}}/** * 在指定下标位置处插入数据e * @param index 下标 * @param e 需要插入的数据 * @return  */public boolean insert(int index, E e) {validateIndex(index);Object[] tem = new Object[capacity];// 用一个临时数组作为备份//开始备份数组for (int i = 0; i < current; i++) {if (i < index) {tem[i] = this.data[i];}else if(i==index){tem[i]=e;}else if(i>index){tem[i]=this.data[i-1];}}this.data=tem;return true;}

/**
 * 删除指定下标出的数据
 * @param index
 * @return
 */
public boolean delete(int index){
validateIndex(index);
Object[] tem = new Object[capacity];// 用一个临时数组作为备份
//开始备份数组
for (int i = 0; i < current; i++) {
if (i < index) {
tem[i] = this.data[i];
}else if(i==index){
tem[i]=this.data[i+1];
}else if(i>index){
tem[i]=this.data[i+1];
}
}
this.data=tem;
return true;
}

}

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? ?自己实现线性表之链表

? ? ? ? ?思路：1.链表采用链式存储结构，在内部只需要将一个一个结点链接起来。（每个结点中有关于此结点下一个结点的引用）

? ? ? ? ?链表操作优点：1.，因为每个结点记录下个结点的引用，则在进行插入和删除操作时，只需要改变对应下标下结点的引用即可

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?缺点：1.要得到某个下标的数据，不能通过下标直接得到，需要遍历整个链表。

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? 实现代码如下

/** * 自己用链式存储实现的线性表 */public class LinkedList<E> {private Node<E> header = null;// 头结点int size = 0;// 表示数组大小的指标public LinkedList() {this.header = new Node<E>();}public boolean add(E e) {if (size == 0) {header.e = e;} else {// 根据需要添加的内容，封装为结点Node<E> newNode = new Node<E>(e);// 得到当前最后一个结点Node<E> last = getNode(size-1);// 在最后一个结点后加上新结点last.addNext(newNode);}size++;// 当前大小自增加1return true;}public boolean insert(int index, E e) {Node<E> newNode = new Node<E>(e);// 得到第N个结点Node<E> cNode = getNode(index);newNode.next = cNode.next;cNode.next = newNode;size++;return true;}/** * 遍历当前链表，取得当前索引对应的元素 *  * @return */private Node<E> getNode(int index) {// 先判断索引正确性if (index > size || index < 0) {throw new RuntimeException("索引值有错：" + index);}Node<E> tem = new Node<E>();tem = header;int count = 0;while (count != index) {tem = tem.next;count++;}return tem;}/** * 根据索引，取得该索引下的数据 *  * @param index * @return */public E get(int index) {// 先判断索引正确性if (index >= size || index < 0) {throw new RuntimeException("索引值有错：" + index);}Node<E> tem = new Node<E>();tem = header;int count = 0;while (count != index) {tem = tem.next;count++;}E e = tem.e;return e;}public int size() {return size;}/** * 设置第N个结点的值 *  * @param x * @param e * @return */public boolean set(int index, E e) {// 先判断索引正确性if (index > size || index < 0) {throw new RuntimeException("索引值有错：" + index);}Node<E> newNode = new Node<E>(e);// 得到第x个结点Node<E> cNode = getNode(index);cNode.e = e;return true;}/** * 用来存放数据的结点型内部类 */class Node<e> {private E e;// 结点中存放的数据Node() {}Node(E e) {this.e = e;}Node<E> next;// 用来指向该结点的下一个结点// 在此结点后加一个结点void addNext(Node<E> node) {next = node;}}}

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自己实现线性表之栈

? ? ? ?? 栈是限定仅允许在表的同一端（通常为“表尾”）进行插入或删除操作的线性表。

? ? ? ? ?允许插入和删除的一端称为栈顶(top)，另一端称为栈底(base)
? ? ? ? ?特点：后进先出 (LIFO)或，先进后出（FILO）

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? ? ? ?? 因为栈是限定线的线性表，所以，我们可以调用前面两种线性表，只需要对出栈和入栈操作进行设定即可

? ? 具体实现代码

/** * 自己用数组实现的栈 */public class ArrayStack<E> {  private ArrayList<E> list=new ArrayList<E>();//用来保存数据线性表
  private  int size;//表示当前栈元素个数  /**   * 入栈操作   * @param e   */  public void push(E e){  list.add(e);  size++;  }   /**   * 出栈操作   * @return   */  public E pop(){ E e= list.get(size-1); size--; return e;  }}

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?至于用链表实现栈，则只需要把保存数据的顺序表改成链表即可，此处就不给出代码了

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自己实现线性表之队列

? ? ? ? 与栈类似

? ? ? ? 队列是只允许在表的一端进行插入，而在另一端删除元素的线性表。

? ? ?? ?在队列中，允许插入的一端叫队尾（rear），允许删除的一端称为队头(front)。
? ? ? ? 特点：先进先出 (FIFO)、后进后出 (LILO)

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? ? ? ?同理，我们也可以调用前面两种线性表，只需要对队列的入队和出队方式进行处理即可

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package cn.javamzd.collection.List;/** * 用数组实现的队列 */public class ArrayQueue<E> {private ArrayList<E> list = new ArrayList<E>();// 用来保存数据的队列private int size;// 表示当前栈元素个数/** * 入队 * @param e */public void EnQueue(E e) {list.add(e);size++;}/** * 出队 * @return */public E DeQueue() {if (size > 0) {E e = list.get(0);list.delete(0);return e;}else{throw new RuntimeException("已经到达队列顶部");}}}

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对比线性表和链式表
? ? ? ? ?前面已经说过顺序表和链式表各自的特点，这里在重申一遍

? ? ? ? ?数组操作优点：1.通过指针快速定位到下标，查询快速

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 缺点：1.数组声明时即需要确定数组大小。当操作中超过容量时，则需要重新声明数组，并且复制当前所有数据

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.当需要在中间进行插入或者删除时，则需要移动大量元素（size-index个） ? ?

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? ? ? ? ?链表操作优点：1.，因为每个结点记录下个结点的引用，则在进行插入和删除操作时，只需要改变对应下标下结点的引用即可

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?缺点：1.要得到某个下标的数据，不能通过下标直接得到，需要遍历整个链表。

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? ? ? ? ?现在，我们通过进行增删改查操作来感受一次其效率的差异

? ? ? ? ?思路：通过两个表，各进行大数据量操作（2W）条数据的操作，记录操作前系统时间，操作后系统时间，得出操作时间

? 实现代码如下

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package cn.javamzd.collection.List;public class Test {/** * @param args */public static void main(String[] args) {//测试自己实现的ArrayList类和Linkedlist类添加20000个数据所需要的时间ArrayList<String> al = new ArrayList<String>();LinkedList<String> ll = new LinkedList<String>();Long aBeginTime=System.currentTimeMillis();//记录BeginTimefor(int i=0;i<30000;i++){al.add("now"+i);}Long aEndTime=System.currentTimeMillis();//记录EndTimeSystem.out.println("arrylist  add time--->"+(aEndTime-aBeginTime));Long lBeginTime=System.currentTimeMillis();//记录BeginTimefor(int i=0;i<30000;i++){ll.add("now"+i);}Long lEndTime=System.currentTimeMillis();//记录EndTimeSystem.out.println("linkedList add time---->"+(lEndTime-lBeginTime));//测试JDK提供的ArrayList类和LinkedList类添加20000个数据所需要的世界java.util.ArrayList<String> sal=new java.util.ArrayList<String>();java.util.LinkedList<String> sll=new java.util.LinkedList<String>();Long saBeginTime=System.currentTimeMillis();//记录BeginTimefor(int i=0;i<30000;i++){sal.add("now"+i);}Long saEndTime=System.currentTimeMillis();//记录EndTimeSystem.out.println("JDK arrylist  add time--->"+(saEndTime-saBeginTime));Long slBeginTime=System.currentTimeMillis();//记录BeginTimefor(int i=0;i<30000;i++){sll.add("now"+i);}Long slEndTime=System.currentTimeMillis();//记录EndTimeSystem.out.println("JDK linkedList add time---->"+(slEndTime-slBeginTime));}}

? 得到测试结果如下：?

arrylist add time--->446
linkedList add time---->9767
JDK arrylist add time--->13
JDK linkedList add time---->12

? ? ? ? 由以上数据，我们可知：

? ? ? ? ? ?1.JDK中的ArrayList何LinkedList在添加数据时的性能，其实几乎是没有差异的

? ? ? ? ? ?2.我们自己写的List的性能和JDK提供的List的性能还是存在巨大差异的

? ? ? ? ? ?3.我们使用链表添加操作，花费的时间是巨大的，比ArrayList都大几十倍

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? ? ? 第三条显然是跟我们最初的设计不相符的，按照我们最初的设想，链表的添加应该比顺序表更省时

? ? ? 查看我们写的源码，可以发现：

? ? ? 我们每次添加一个数据时，都需要遍历整个表，得到表尾，再在表尾添加，这是很不科学的

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? ? ? 现改进如下：设立一个Node<E>类的成员变量end来指示表尾，这样每次添加时，就不需要再重新遍历得到表尾

? ? ? 改进后add()方法如下

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public boolean add(E e) {if (size == 0) {header.e = e;} else {// 根据需要添加的内容，封装为结点Node<E> newNode = new Node<E>(e);//在表尾添加元素last.addNext(newNode);                                         //将表尾指向当前最后一个元素last = newNode;}size++;// 当前大小自增加1return true;}

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? ? ? ?ArrayList添加的效率和JDK中对比起来也太低

? ? ? ?分析原因为：

? ? ? ?每次扩大容量时，扩大量太小，需要进行的复制操作太多

? ? ? ?现在改进如下：

? ? ? ?每次扩大，则扩大容量为当前的三倍，此改进仅需要更改ensureCapacity()方法中的一行代码，此处就不列出了。

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改进后，再次运行添加元素测试代码，结果如下：

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arrylist add time--->16
linkedList add time---->8
JDK arrylist add time--->7
JDK linkedList add time---->7

?虽然还有改进的空间，但是显然，我们的效果已经大幅度改进了，而且也比较接近JDK了

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接下来测试插入操作的效率

? 我们只需要将测试代码中的添加方法(add())改成插入方法(insert(int index,E e)),为了使插入次数尽可能多，我们把index都设置为0

测试结果如下：

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arrylist inset time--->17
linkedList inset time---->13
JDK arrylist inset time--->503
JDK linkedList inset time---->11

多次测试，发现我们写的ArrayList在插入方法的效率都已经超过JDK了，而且也接近LinkedLst了。撒花！！！

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接下来测试删除、得到下标等等操作就不一一列出来了（只需要改变每次调用的方法即可）

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恩，本来想今晚把所有的集合框架实现都写一下的

但是不知不觉这都又2点了

明早还得去蓝杰上课

果断先睡吧

敬请大家期待我明日大作------------静态/动态查找表的实现，动态查找表查找/加入算法的JAVA实现，Hash表的实现

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good night

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不错的文章 不错的文章
多谢捧场 8 楼 juda 2010-12-22 实践帝，赞赞 9 楼 blackartanan 2011-01-04 再来拜读下 10 楼 hackpro 2011-04-21 是啊，考虑下并发的情况，不过楼主的精神可嘉.. 11 楼 hnzhoujunmei 2011-05-16 get(int indext)取出元素，可以调用现成的Node<E> get(int index)啊，知道节点，节点的元素值就知道了啊 12 楼 wujianjun12315 2011-07-28 如何实现for each 功能呢？麻烦楼主给讲一下。。。。