數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指相互之間存在著一種或多種關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合和該集合中數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系組成 。
常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：數(shù)組，棧，鏈表，隊(duì)列，樹(shù)，圖，堆，散列表等，如圖所示： 
 
每一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有著獨(dú)特的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，下面為大家介紹它們的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)。

1、數(shù)組

數(shù)組是可以再內(nèi)存中連續(xù)存儲(chǔ)多個(gè)元素的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)存中的分配也是連續(xù)的，數(shù)組中的元素通過(guò)數(shù)組下標(biāo)進(jìn)行訪問(wèn)，數(shù)組下標(biāo)從0開(kāi)始。例如下面這段代碼就是將數(shù)組的第一個(gè)元素賦值為 1。

int[] data = new int[100]；data[0]  = 1;

優(yōu)點(diǎn)：
1、按照索引查詢?cè)�素速度�?
2、按照索引遍歷數(shù)組方便

缺點(diǎn)：
1、數(shù)組的大小固定后就無(wú)法擴(kuò)容了
2、數(shù)組只能存儲(chǔ)一種類型的數(shù)據(jù)
3、添加，刪除的操作慢，因?yàn)橐�移�?dòng)其他的元素。

適用場(chǎng)景：
頻繁查詢，對(duì)存儲(chǔ)空間要求不大，很少增加和刪除的情況。

2、棧

棧是一種特殊的線性表，僅能在線性表的一端操作，棧頂允許操作，棧底不允許操作。 棧的特點(diǎn)是：先進(jìn)后出，或者說(shuō)是后進(jìn)先出，從棧頂放入元素的操作叫入棧，取出元素叫出棧。 
 
棧的結(jié)構(gòu)就像一個(gè)集裝箱，越先放進(jìn)去的東西越晚才能拿出來(lái)，所以，棧常應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)遞歸功能方面的場(chǎng)景，例如斐波那契數(shù)列。

3、隊(duì)列

隊(duì)列與棧一樣，也是一種線性表，不同的是，隊(duì)列可以在一端添加元素，在另一端取出元素，也就是：先進(jìn)先出。從一端放入元素的操作稱為入隊(duì)，取出元素為出隊(duì)，示例圖如下： 
 
使用場(chǎng)景：因?yàn)殛?duì)列先進(jìn)先出的特點(diǎn)，在多線程阻塞隊(duì)列管理中非常適用。

4、鏈表

鏈表是物理存儲(chǔ)單元上非連續(xù)的、非順序的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過(guò)鏈表的指針地址實(shí)現(xiàn)，每個(gè)元素包含兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，一個(gè)是存儲(chǔ)元素的數(shù)據(jù)域 (內(nèi)存空間)，另一個(gè)是指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)地址的指針域。根據(jù)指針的指向，鏈表能形成不同的結(jié)構(gòu)，例如單鏈表，雙向鏈表，循環(huán)鏈表等。 
 
鏈表的優(yōu)點(diǎn)：
鏈表是很常用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不需要初始化容量，可以任意加減元素；
添加或者刪除元素時(shí)只需要改變前后兩個(gè)元素結(jié)點(diǎn)的指針域指向地址即可，所以添加，刪除很快；

缺點(diǎn)：
因?yàn)楹�有大量的指針域，占用空間較大；
查找元素需要遍歷鏈表來(lái)查找，非常耗時(shí)。

適用場(chǎng)景：
數(shù)據(jù)量較小，需要頻繁增加，刪除操作的場(chǎng)景

5、樹(shù)

樹(shù)是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是由n（n>=1）個(gè)有限節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)具有層次關(guān)系的集合。把它叫做 “樹(shù)” 是因?yàn)樗�看起�?lái)像一棵倒掛的樹(shù)，也就是說(shuō)它是根朝上，而葉朝下的。它具有以下的特點(diǎn)：

• 每個(gè)節(jié)點(diǎn)有零個(gè)或多個(gè)子節(jié)點(diǎn)；
• 沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)；
• 每一個(gè)非根節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)；
• 除了根節(jié)點(diǎn)外，每個(gè)子節(jié)點(diǎn)可以分為多個(gè)不相交的子樹(shù)；

在日常的應(yīng)用中，我們討論和用的更多的是樹(shù)的其中一種結(jié)構(gòu)，就是二叉樹(shù)。 
 
二叉樹(shù)是樹(shù)的特殊一種，具有如下特點(diǎn)：

1、每個(gè)結(jié)點(diǎn)最多有兩顆子樹(shù)，結(jié)點(diǎn)的度最大為2。
2、左子樹(shù)和右子樹(shù)是有順序的，次序不能顛倒。
3、即使某結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)子樹(shù)，也要區(qū)分左右子樹(shù)。

二叉樹(shù)是一種比較有用的折中方案，它添加，刪除元素都很快，并且在查找方面也有很多的算法優(yōu)化，所以，二叉樹(shù)既有鏈表的好處，也有數(shù)組的好處，是兩者的優(yōu)化方案，在處理大批量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)方面非常有用。

擴(kuò)展：
二叉樹(shù)有很多擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括平衡二叉樹(shù)、紅黑樹(shù)、B+樹(shù)等，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二叉樹(shù)的基礎(chǔ)上衍生了很多的功能，在實(shí)際應(yīng)用中廣泛用到，例如mysql的數(shù)據(jù)庫(kù)索引結(jié)構(gòu)用的就是B+樹(shù)，還有HashMap的底層源碼中用到了紅黑樹(shù)。這些二叉樹(shù)的功能強(qiáng)大，但算法上比較復(fù)雜，想學(xué)習(xí)的話還是需要花時(shí)間去深入的。

6、散列表

散列表，也叫哈希表，是根據(jù)關(guān)鍵碼和值 (key和value) 直接進(jìn)行訪問(wèn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)key和value來(lái)映射到集合中的一個(gè)位置，這樣就可以很快找到集合中的對(duì)應(yīng)元素。

記錄的存儲(chǔ)位置=f(key)

這里的對(duì)應(yīng)關(guān)系 f 成為散列函數(shù)，又稱為哈希 (hash函數(shù))，而散列表就是把Key通過(guò)一個(gè)固定的算法函數(shù)既所謂的哈希函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)整型數(shù)字，然后就將該數(shù)字對(duì)數(shù)組長(zhǎng)度進(jìn)行取余，取余結(jié)果就當(dāng)作數(shù)組的下標(biāo)，將value存儲(chǔ)在以該數(shù)字為下標(biāo)的數(shù)組空間里，這種存儲(chǔ)空間可以充分利用數(shù)組的查找優(yōu)勢(shì)來(lái)查找元素，所以查找的速度很快。

哈希表在應(yīng)用中也是比較常見(jiàn)的，就如Java中有些集合類就是借鑒了哈希原理構(gòu)造的，例如HashMap，HashTable等，利用hash表的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于集合的查找元素時(shí)非常方便的，然而，因?yàn)楣�希表是基于�?shù)組衍生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在添加刪除元素方面是比較慢的，所以很多時(shí)候需要用到一種數(shù)組鏈表來(lái)做，也就是拉鏈法。拉鏈法是數(shù)組結(jié)合鏈表的一種結(jié)構(gòu)，較早前的hashMap底層的存儲(chǔ)就是采用這種結(jié)構(gòu)，直到j(luò)dk1.8之后才換成了數(shù)組加紅黑樹(shù)的結(jié)構(gòu)，其示例圖如下： 
 
從圖中可以看出，左邊很明顯是個(gè)數(shù)組，數(shù)組的每個(gè)成員包括一個(gè)指針，指向一個(gè)鏈表的頭，當(dāng)然這個(gè)鏈表可能為空，也可能元素很多。我們根據(jù)元素的一些特征把元素分配到不同的鏈表中去，也是根據(jù)這些特征，找到正確的鏈表，再?gòu)逆湵碇姓页鲞@個(gè)元素。

哈希表的應(yīng)用場(chǎng)景很多，當(dāng)然也有很多問(wèn)題要考慮，比如哈希沖突的問(wèn)題，如果處理的不好會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致應(yīng)用崩潰。

7、堆

堆是一種比較特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以被看做一棵樹(shù)的數(shù)組對(duì)象，具有以下的性質(zhì)：

• 堆中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的值總是不大于或不小于其父節(jié)點(diǎn)的值；

• 堆總是一棵完全二叉樹(shù)。

將根節(jié)點(diǎn)最大的堆叫做最大堆或大根堆，根節(jié)點(diǎn)最小的堆叫做最小堆或小根堆。常見(jiàn)的堆有二叉堆、斐波那契堆等。

堆的定義如下：n個(gè)元素的序列{k1,k2,ki,…,kn}當(dāng)且僅當(dāng)滿足下關(guān)系時(shí)，稱之為堆。
(ki <= k2i,ki <= k2i+1)或者(ki >= k2i,ki >= k2i+1), (i = 1,2,3,4…n/2)，滿足前者的表達(dá)式的成為小頂堆，滿足后者表達(dá)式的為大頂堆，這兩者的結(jié)構(gòu)圖可以用完全二叉樹(shù)排列出來(lái)，示例圖如下： 
 
因?yàn)槎延行虻奶攸c(diǎn)，一般用來(lái)做數(shù)組中的排序，稱為堆排序。

8、圖

圖是由結(jié)點(diǎn)的有窮集合V和邊的集合E組成。其中，為了與樹(shù)形結(jié)構(gòu)加以區(qū)別，在圖結(jié)構(gòu)中常常將結(jié)點(diǎn)稱為頂點(diǎn)，邊是頂點(diǎn)的有序偶對(duì)，若兩個(gè)頂點(diǎn)之間存在一條邊，就表示這兩個(gè)頂點(diǎn)具有相鄰關(guān)系。

按照頂點(diǎn)指向的方向可分為無(wú)向圖和有向圖： 
  
 
圖是一種比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上有著比較復(fù)雜和高效的算法，分別有鄰接矩陣 、鄰接表、十字鏈表、鄰接多重表、邊集數(shù)組等存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這里不做展開(kāi)，讀者有興趣可以自己學(xué)習(xí)深入。