数据结构-Java逆天操作

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本文章会对Java线性表的相关知识进行讲解，也会以Java代码示例来进行解释

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对线性表的讲解分析

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定义

线性表是一种数据结构，它是由一系列具有相同类型的元素组成的有序集合。线性表中的元素按照线性的顺序
排列，每个元素只有一个前驱元素和一个后继元素，除了第一个元素没有前驱元素，最后一个元素没有后继
元素。

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可以表示为

表中的元素序列{x1,x2,...,xn}，其中xi是表中的元素，它们具有相同的数据类型，n表示表中元素的个数。
线性表满足以下特性：

元素的有序性：线性表中的元素按照线性的顺序排列，每个元素都有一个确定的位置。

有限性：线性表中的元素个数是有限的。

相同数据类型：线性表中的元素具有相同的数据类型，即它们具有相同的属性和操作。

线性表可以用多种方式来表示和实现，常见的实现方式包括顺序表和链表两种。

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顺序表

是一种基于数组的实现方式，元素在内存中连续存储，通过下标访问元素，插入和删除操作需要移动其他元素。

链表

是一种通过节点之间的指针来连接的实现方式，节点包含元素和指向下一个节点的指针，可以实现高效的插入
和删除操作，但访问元素的效率相对较低。

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注意

线性表作为数据结构中的基本概念，广泛应用于各个领域的算法和程序设计中。掌握线性表的定义和实现方式，
能够帮助我们更好地理解和应用其他数据结构和算法。

线性表是一种常见的数据结构，它由一系列元素组成，这些元素之间存在着一对一的前后关系。线性表中的元
素可以是任何类型的数据，如整数、字符或对象等。

线性表中的元素排列有序，每个元素都有一个直接前驱元素和一个直接后继元素，除了第一个元素没有前驱元
素，最后一个元素没有后继元素。

线性表的访问方式可以根据元素在表中的位置进行操作，如按索引访问、插入、删除等。其中，按索引访问是
通过元素在表中的位置（索引）来获取对应的元素值。插入和删除可以在指定的位置上插入新的元素或者移除
现有的元素。

线性表有很多种实现方式，常见的包括数组和链表。数组作为一种静态数据结构，需要提前声明一个固定大小
的空间来存储元素，操作灵活性较差。链表则以节点的形式存储元素，每个节点包含了数据及指向下一个节点
的指针，操作相对灵活，但涉及到频繁的内存分配和释放。

线性表常用的算法包括遍历、查找和排序等。遍历操作用于依次访问线性表中的所有元素。查找操作可以根据
某个条件查找满足要求的元素，常见的方法有线性查找和二分查找。排序操作可以将线性表中的元素按照一定
的规则进行排列，常见的排序算法有冒泡排序、插入排序和快速排序等。

总之，线性表是一种简单、常用的数据结构，能够有效地组织和处理大量的数据，广泛应用于各个领域的算法
与程序设计中。

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代码实现

在Java中，我们可以使用数组或链表来实现线性表。

使用数组实现线性表：

public class ArrayList {
    private int size;
    private Object[] array;

    public ArrayList() {
        this.size = 0;
        this.array = new Object[10]; // 初始化数组大小为10
    }

    public void add(Object item) {
        if (size == array.length) {
            Object[] newArray = new Object[array.length * 2]; // 当数组容量不足时，扩大数组
            System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, size); // 将原数组中的元素复制到新数组
            array = newArray;
        }
        array[size++] = item;
    }

    public Object get(int index) {
        if (index >= 0 && index < size) {
            return array[index];
        } else {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
    }

    public int size() {
        return size;
    }
}

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在Java语言中，我们可以使用数组来实现线性表的增删改查操作线性表的例子：



public class MyArrayList {
    private Object[] array;
    private int size;
    private int capacity;

    public MyArrayList() {
        capacity = 10; // 初始化容量为10
        array = new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    public void add(Object element) {
        if (size == capacity) {
            increaseCapacity(); // 扩容
        }
        array[size] = element;
        size++;
    }

    public void remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range");
        }
        for (int i = index; i < size - 1; i++) {
            array[i] = array[i + 1];
        }
        array[size - 1] = null;
        size--;
    }

    public void set(int index, Object element) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range");
        }
        array[index] = element;
    }

    public Object get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range");
        }
        return array[index];
    }

    public boolean contains(Object element) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (array[i].equals(element)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    private void increaseCapacity() {
        capacity *= 2; // 扩大两倍
        Object[] newArray = new Object[capacity];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newArray[i] = array[i];
        }
        array = newArray;
    }
}
使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyArrayList list = new MyArrayList();
        list.add("A");
        list.add("B");
        list.add("C");

        System.out.println("Size: " + list.getSize()); // 输出：Size: 3

        list.remove(1); // 删除索引为1的元素
        System.out.println("Size: " + list.getSize()); // 输出：Size: 2

        list.set(0, "D"); // 将索引为0的元素设置为"D"
        System.out.println(list.get(0)); // 输出：D

        System.out.println(list.contains("C")); // 输出：false
    }
}

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使用链表实现线性表：

public class LinkedList {
    private Node head;
    private int size;

    private class Node { // 链表节点类
        Object data;
        Node next;

        public Node(Object data) {
            this.data = data;
            this.next = null;
        }
    }

    public LinkedList() {
        this.head = null;
        this.size = 0;
    }

    public void add(Object item) {
        Node newNode = new Node(item);
        if (head == null) {
            head = newNode;
        } else {
            Node current = head;
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = newNode;
        }
        size++;
    }

    public Object get(int index) {
        if (index >= 0 && index < size) {
            Node current = head;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                current = current.next;
            }
            return current.data;
        } else {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
    }

    public int size() {
        return size;
    }
}

在Java语言中，我们用链表来实现线性表的增删改查操作线性表的例子：

代码演示了使用链表实现线性表的增加、删除、修改和查询操作，并使用
MyLinkedList类来实现这些功能。你可以根据需要进一步扩展和优化这个实现。

public class ListNode {
    Object data;
    ListNode next;

    public ListNode(Object data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}

public class MyLinkedList {
    private ListNode head;
    private int size;

    public MyLinkedList() {
        head = null;
        size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    public void add(Object element) {
        ListNode newNode = new ListNode(element);
        if (head == null) {
            head = newNode;
        } else {
            ListNode current = head;
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = newNode;
        }
        size++;
    }

    public void remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range");
        }
        if (index == 0) {
            head = head.next;
        } else {
            ListNode previous = getNode(index - 1);
            ListNode current = previous.next;
            previous.next = current.next;
        }
        size--;
    }

    public void set(int index, Object element) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range");
        }
        ListNode node = getNode(index);
        node.data = element;
    }

    public Object get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range");
        }
        ListNode node = getNode(index);
        return node.data;
    }

    public boolean contains(Object element) {
        ListNode current = head;
        while (current != null) {
            if (current.data.equals(element)) {
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        return false;
    }

    private ListNode getNode(int index) {
        ListNode current = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            current = current.next;
        }
        return current;
    }
}
使用示例：

public static void main(String[] args) {
    MyLinkedList list = new MyLinkedList();
    list.add("A");
    list.add("B");
    list.add("C");

    System.out.println("Size: " + list.getSize()); // 输出：Size: 3

    list.remove(1); // 删除索引为1的元素
    System.out.println("Size: " + list.getSize()); // 输出：Size: 2

    list.set(0, "D"); // 将索引为0的元素设置为"D"
    System.out.println(list.get(0)); // 输出：D

    System.out.println(list.contains("C")); // 输出：false
}