常用集合的底層資料結構

阿新 • • 發佈：2019-01-16

1.1 瞭解三個介面： List, Set, Map

1.2 要求掌握的6個具體實現類

List: ArrayList, LinkedList

Set: HashSet, TreeSet

Map: HashMap, TreeMap

【面試】增加兩個實現類：Vector, HashTable

題1： ArrayList和Vector的區別？

題2：HashMap和HashTable的區別？

1.3 程式碼技能

a. set, list, map的迭代訪問（重點：Map集合的迭代）

1.4 理解上的技能(技術選型)

舉例，什麼場景下，使用那個集合，為什麼？

a. 學生管理系統

b. 排隊管理系統

c. 雙色球中獎號碼管理系統

2. 從集合到資料結構

2.1 前言---從6個集合的名字開始

List: ArrayList, LinkedList

Set: HashSet, TreeSet

Map: HashMap, TreeMap

獲得4個數據結構：Array(陣列), Linked（連結串列）, Tree（紅黑樹-特別的排序二叉樹）, Hash（雜湊表）

2.2 資料結構的介紹

a. 重要性

* 資料結構是：演算法（程式）編寫的基礎；類似於專案開發中，資料庫中表的作用。

* 計算機專業，最核心的課程。考研必考科目。

* 進入好公司的敲門磚。

b. 資料結構的分類

傳統上，我們把資料結構分為邏輯結構和物理結構。

2.3 資料結構的分類

2.3.1 邏輯結構

指反映資料元素之間的邏輯關係的資料結構，其中的邏輯關係是指資料元素之間的前後關係，而與他們在計算機中的儲存位置無關。邏輯結構分為以下四類：

a.集合結構

集合結構中的資料元素同屬於一個集合，他們之間是並列的關係，除此之外沒有其他關係。如下圖，可以很好的表示集合結構中的元素之間的關係：

b.線性結構

線性結構中的元素存在一對一的相互關係。如下圖，可以很好的表示線性結構中的元素之間的關係：

c.樹形結構

樹形結構中的元素存在一對多的相互關係。如下圖，可以很好的表示樹形結構中的元素之間的關係：

d.圖形結構

圖形結構中的元素存在多對多的相互關係。如下圖，可以很好的表示圖形結構中的元素之間的關係：

2.3.2 物理結構

物理結構又叫儲存結構，指資料的邏輯結構在計算機儲存空間的存放形式。通俗的講，物理結構研究的是資料在儲存器中存放的形式。儲存器主要針對於記憶體而言，像硬碟、軟盤、光碟等外部儲存器的資料組織通常用檔案結構來描述。

A. 分類

資料在記憶體中的儲存結構，也就是物理結構，分為兩種：順序儲存結構和鏈式儲存結構。

順序儲存結構：

是把資料元素存放在地址連續的儲存單元裡，其資料間的邏輯關係和物理關係是一致的。陣列就是順序儲存結構的典型代表。

鏈式儲存結構：

是把資料元素存放在記憶體中的任意儲存單元裡，也就是可以把資料存放在記憶體的各個位置。這些資料在記憶體中的地址可以是連續的，也可以是不連續的。

B. 區別

和順序儲存結構不同的是，鏈式儲存結構的資料元素之間是通過指標來連線的，我們可以通使用指標來找到某個資料元素的位置，然後對這個資料元素進行一些操作。

C. 舉例

打個比方說一下順序儲存結構和鏈式儲存結構的區別：

比如去銀行取錢：

順序儲存結構相當於，所有的客戶按照先來後到的順序有序的的坐在大廳的椅子上（注意：是有順序的坐著哦）。

鏈式儲存結構相當於，所有的客戶只要一到銀行，大堂經理就給他們每人一個號碼，然後他們可以隨便坐在哪個椅子上（隨便坐，不需要按照什麼順序坐），只需要等待工作人員廣播叫號即可。

2.4 總結：

邏輯結構是面向問題的（存在我們的大腦），而物理結構是面向計算機的（存在於我們的計算機記憶體）。

邏輯結構: 集合結構,線性結構, 樹形結構, 圖形結構

面向問題，對於現實問題的抽象。

考慮場景：

菜市場的人：

銀行排隊的人：

企業的領導架構：

複雜的娛樂圈：

物理結構：順序儲存結構和鏈式儲存結構

資料在儲存器中存放的形式。(夢想要落地，我們大腦對現實的抽象，要用程式碼落實下來，就需要把資料儲存到記憶體裡面，即夢想要落地)

3. ArrayList和LinkedList的底層奧祕

3.1 List初步分析

邏輯結構：線性結構

物理結構：ArrayList( 順序儲存結構)， LinkedList(鏈式儲存結構)

兩者之間的區別：

ArrayList:

LinkedList:

3.2 順序儲存結構--順序表

在計算機記憶體中以陣列的形式儲存，是指用一組地址連續的儲存單元依次儲存資料元素的結構。

元素在記憶體中是以順序儲存的，記憶體的區域是一個連續的區塊。

典型的實現：陣列

結合ArrayList：演示操作

3.3 鏈式儲存結構--連結串列

連結串列是一種物理儲存單元上非連續、非順序的儲存結構，資料元素的邏輯順序是通過連結串列中的指標連結次序實現的。連結串列由一系列結點（連結串列中每一個元素稱為結點）組成，結點可以在執行時動態生成。每個結點包括兩個部分：一個是儲存資料元素的資料域，另一個是儲存下一個結點地址的指標域。相比於線性表順序結構，連結串列比較方便插入和刪除操作。

連結串列中是離散的、單獨的空間，通過邏輯上的指標聯絡起來，形成一個整體。

理解連結串列的插入和刪除。

3.4 根據上面的圖：分析ArrayList和LinkedList的區別

3.5 【難度5星】思考

如何用java實現MyArrayList , MyLinkedList

4. TreeSet,TreeMap

4.1 Set和Map的關係

4.2 set結構分析

邏輯結構是：set本質是集合機構，不過，如果，我增加比較特性後，

物理結構：鏈式結構（TreeSet）, 特殊的線性結構（HashSet）

4.3 Tree（樹）的介紹

二叉樹：最多隻有兩個兒子（子樹）。

排序二叉樹：有順序。就是按照所有的左子樹，小於父節點，所有的右子樹，大於父節點。

TreeSet，底層的實現，就是一種特殊的排序二叉樹（紅黑樹）

遊戲：猜數字

1到100之間，先任意選定一個值，對方進行猜測，根據對方的回答，反饋：正確，大了，小了三種結果。問對方最多需要猜幾次？

擴充套件：

為了儲存效率，二叉樹，需要調整.如果，左子樹與右子樹的高度差超過1，就會啟動調整過程，可能改變根節點。

1,2,3,4,5,6,7,8,9

4.4 HashSet和HashMap中的Hash(雜湊)

4.4.1定義

【百度百科】散列表（Hash table，也叫雜湊表），是根據關鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的資料結構。也就是說，它通過把關鍵碼值對映到陣列中一個位置來訪問記錄，以加快查詢的速度。這個對映函式叫做雜湊函式，存放記錄的陣列叫做散列表。

4.4.2 ArrayList的不足

根據下標的查詢效率高，但是，根據存入物件的值來查詢，效率就很低。但是，在實際中，往往都是根據儲存物件的某個值，來查詢。

例如：通訊錄管理：李剛：13812340000

5. 實戰總結

a. 工作中，優先考慮ArrayList, LinkedList(兩個隨便).

b. 不要用set

c. 如果，能夠用Map，毫不猶豫使用HashMap.