第二阶段 day08_ Collection 、List、泛型、数据结构
今日内容
- 泛型
- Collection集合
- 迭代器
- 数据结构
- List集合
教学目标
能够说出集合与数组的区别
能够使用Collection集合的常用功能
能够使用迭代器对集合进行遍历
能够使用增强for循环遍历集合和数组
能够理解泛型上下限
能够阐述泛型通配符的作用
能够说出常见的数据结构
能够说出数组结构特点
能够说出栈结构特点
能够说出队列结构特点
能够说出单向链表结构特点
能够说出List集合特点
能够完成斗地主的案例
第一章 Collection集合
1.1 集合概述
在前面基础班我们已经学习过并使用过集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?
-
集合:集合是java中提供的一种容器,可以用来存储多个数据。集合和数组既然都是容器,它们有什么区别呢?
-
数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
-
数组中存储的是同一类型的元素,可以存储任意类型数据。集合存储的都是引用数据类型。如果想存储基本类型数据需要存储对应的包装类型。
1.2 集合常用类的继承体系
Collection:单列集合类的根接口,用于存储一系列符合某种规则的元素,它有两个重要的子接口,分别是java.util.List 和java.util.Set 。其中, List 的特点是元素有序、元素可重复 ; Set 的特点是元素不可
重复。List 接口的主要实现类有java.util.ArrayList 和java.util.LinkedList , Set 接口的主要实现类
有java.util.HashSet 和java.util.LinkedHashSet 。从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库,为了便于初学者进行系统地学习,接下来通过一张图来描述集合常用类的继承体系
从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库。
集合本身是一个工具,它存放在java.util包中。在Collection 接口定义着单列集合框架中最最共性的内容
1.3 Collection 常用功能
Collection是所有单列集合的父接口,因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法,这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下:
-
public boolean add(E e) : 把给定的对象添加到当前集合中 。
-
public void clear() :清空集合中所有的元素。
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public boolean remove(E e) : 把给定的对象在当前集合中删除。
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public boolean contains(Object obj) : 判断当前集合中是否包含给定的对象。
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public boolean isEmpty() : 判断当前集合是否为空。
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public int size() : 返回集合中元素的个数。
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public Object[] toArray() : 把集合中的元素,存储到数组中
-
tips: 有关Collection中的方法可不止上面这些,其他方法可以自行查看API学习。
package com.witty.collection.demo01;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;/*Collection*/
public class Test {public static void main(String[] args) {// 多态// list接口的集合Collection<String> list = new ArrayList<String>();// Set接口的集合Collection<String> set = new HashSet<String>();/*public boolean add(E e) 给定对象添加到集合中对应ArrayList添加返回的都是true对HashSet当添加重复元素时显示false*/boolean listBo = list.add("李庚希"); // trueSystem.out.println(listBo);boolean setBo = set.add("李逍遥"); // trueSystem.out.println(setBo);// list可以添加重复元素,有序的System.out.println(list.add("李庚希")); // true// 使用set无法添加重复元素 , 【无序的 hash 表】也叫 散列表System.out.println(set.add("李逍遥")); // falseboolean setBo1 = set.add("林月如"); // trueSystem.out.println(set); // [林月如, 李逍遥]/*public void clear() :清空结婚public boolean remove(E e): 把给定对象在当前集合中删除remove方法在删除元素时,是根据元素的equals方法进行比较的只会找到第一个删除的元素如果是Set集合的集合,没有重复信息,因此删除时就没有这个信息了。*/// list.clear();// System.out.println(list); // []// boolean b = list.remove("李庚希");// System.out.println(b); // true// System.out.println(list); // [李庚希] 两个删除了一个Collection<Student> students = new ArrayList<>();students.add(new Student("张三", 20));students.add(new Student("李四", 21));students.add(new Student("王五", 22));System.out.println(students);students.remove(new Student("王五", 22));System.out.println(students); // 删除成功/*public boolean contains(Object obj):判断当前集合是否包含给定的对象public boolean isEmpty():判断当前集合是否为空public int size():返回集合中元素的个数*/boolean b = list.contains("李寻欢"); // 没有该元素System.out.println(b); // falseSystem.out.println(list.isEmpty()); // false 不为空System.out.println(list.size()); // 2System.out.println("---------------------");/*public Object[] toArray() :*/Object[] objects = list.toArray();for (int i = 0; i < objects.length; i++) {System.out.print(objects[i] + " "); // 李庚希 李庚希 }}
}
第二章 Iterator 迭代器
在程序开发中,经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求,JDK专门提供了一个接口
java.util.Iterator 。
想要遍历Collection集合,那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作,下面介绍一下获取迭代器的方法:
- public Iterator iterator() : 获取集合对应的迭代器,用来遍历集合中的元素的。
下面介绍一下迭代的概念:
- 迭代:即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素,如果有,就把这个元素取出来,继续再判断,如果还有就再取出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。
Iterator接口的常用方法如下:
- public E next() :返回迭代的下一个元素。
- public boolean hasNext() :如果仍有元素可以迭代,则返回 true。
接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素:
package com.witty.collection.demo02iterator;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;public class IteratorDemo {public static void main(String[] args) {// 使用多态方式 创建集合Collection<String> coll = new ArrayList<String>();// 添加元素到集合coll.add("小猫");coll.add("小狗");coll.add("小熊猫");// 遍历// 使用迭代器 遍历, 每个集合对象都有自己的迭代器Iterator<String> it = coll.iterator();// 泛型 指的是 迭代出 元素的数据类型while (it.hasNext()) { // 判断是否有迭代元素String s = it.next(); // 获取迭代的元素System.out.println(s);}String s1 = it.next();System.out.println(s1); // NoSuchElementException}
}
tips:
- 在进行集合元素获取时,如果集合中已经没有元素了,还继续使用迭代器的next方法,将会抛出
java.util.NoSuchElementException没有集合元素异常。 - 在进行集合元素获取时,如果添加或移除集合中的元素 , 将无法继续迭代 , 将会抛出
ConcurrentModificationException并发修改异常.
2.2 迭代器的实现原理
我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时,首先通过调用集合的iterator()方法获得迭代器对象,然后使用hasNext()方法判断集合中是否存在下一个元素,如果存在,则调用next()方法将元素取出,否则说明已到达了集合末尾,停止遍历元素。
Iterator迭代器对象在遍历集合时,内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素。在调用Iterator的next方法之前,迭代器的索引位于第一个元素之前,不指向任何元素,当第一次调用迭代器的next方法后,迭代器的索引会向后移动一位,指向第一个元素并将该元素返回,当再次调用next方法时,迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回,依此类推,直到hasNext方法返回false,表示到达了集合的末尾,终止对元素的遍历。
2.3 增强for
增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环,专门用来遍历数组和集合的。在遍历集合时,它的内部原理其实是个Iterator迭代器,所以在遍历的过程中,不能用集合的删除方法对集合中的元素进行删除操作。
格式:
for (元素的数据类型 变量 : Collection 集合 or(或) 数组) {// 写操作代码
}
它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素,不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。
代码演示
package com.witty.collection.demo03forEach;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;// 增强for循环, 只能遍历数组或集合,不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。
public class ForEachDemo01 {public static void main(String[] args) {int[] arr = {6, 3, 7, 5, 1};// 使用增强for遍历数组 快捷键iterfor (int a : arr) { // a 代表数组中的每一个元素System.out.print(a + " ");}System.out.println();System.out.println("-------------------------------");Collection<String> coll = new ArrayList<String>();coll.add("月亮");coll.add("太阳");coll.add("星星");for (String s : coll) {System.out.print(s + " ");}}
}
tips:
增强for循环必须有被遍历的目标,目标只能是Collection或者是数组;
增强for(迭代器)仅仅作为遍历操作出现,不能对集合进行增删元素操作,否则抛出
ConcurrentModificationException并发修改异常
小结:Collection是所有单列集合的根接口,如果要对单列集合进行遍历,通用的遍历方式是迭代器遍历或增强for遍历。
第三章 泛型
3.1 泛型概述
在前面学习集合时,我们都知道集合中是可以存放任意对象的,只要把对象存储集合后,那么这时它们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象,并且进行相应的操作,这时必须采用类型转换。
大家观察下面代码:
package com.witty.collection.demo04fanxing;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;//
public class GenericDemo {public static void main(String[] args) {Collection coll = new ArrayList(); // 没有指定类型coll.add("abc");coll.add("witty");coll.add(9); // 由于集合么有指定任何限定类型,任何类型都可以向其中存放Iterator it = coll.iterator(); // 设置迭代器while (it.hasNext()) {// 需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型String str = (String) it.next();System.out.println(str.length()); // 3 5 ClassCastException 因为9不是String类型,所以报错}}
}
程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢? 我们来分析下:由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢?Collection虽然可以存储各种对象,但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后,新增了泛型(Generic)语法,让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型,这样我们使用API的时候也变得更为简洁,并得到了编译时期的语法检查。
- 泛型:可以在类或方法中预知地使用未知的类型。
tips:泛型的作用是在创建对象时,将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时,默认类型为Object类型。
3.2 使用泛型的好处
上一节只是讲解了泛型的引入,那么泛型带来了哪些好处呢?
- 将运行时期的ClassCastException,转移到了编译时期变成了编译失败。
- 避免了类型强转的麻烦。
通过我们如下代码体验一下:
package com.witty.collection.demo04fanxing;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;public class GenericDemo02 {public static void main(String[] args) {Collection<String> list = new ArrayList<String>();list.add("煤油");list.add("汽油");list.add("加油");// list.add(999); //当集合明确类型后,存放类型不一致就会编译报错// 集合已经明确具体存放的元素类型,那么在使用迭代器的时候,迭代器也同样会知道具体遍历元素类型Iterator<String> it = list.iterator();while (it.hasNext()) {String str = it.next();// 当使用Iterator<String> 控制元素类型之后,就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型System.out.println(str.length());}}
}
tips:泛型是数据类型的一部分,我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。
3.3 泛型的定义与使用
我们在集合中会大量使用到泛型,这里来完整地学习泛型知识。
泛型,用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。
定义和使用含有泛型的类
定义格式:
修饰符 class 类名<代表泛型的变量> { }
例如,API中的ArrayList集合:
泛型在定义的时候不具体,使用的时候才变得具体。在使用的时候确定泛型的具体数据类型。
class ArrayList<E> {public boolean add(E e) ;public E get(int index) ;
}
使用泛型:即什么时候确定泛型。
在创建泛型的时候确定泛型:
例如, ArrayList list = new ArrayList();
此时,变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为:
class ArrayList<String> {public boolean add(String a) {}public String get(int index) {}......
}
再例如:ArrayList list = new ArrayList();
此时,变量E的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为:
class ArrayList<Integer> {public boolean add(Integer e) {}public Integer get (int index) {}.......
}
含有泛型的方法
定义格式:
修饰符<代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数列表) {}
例如:
public class MyGenericMethod {public <MVP> void show(MVP mvp) {System.out.println(mvp.getClass());}public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {return mvp;}
}
调用方法时,确定泛型的类型:
?
package com.witty.collection.demo04fanxing;public class GenericMethodDemo {public static void main(String[] args) {// 创建对象MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();// 演示看方法提示mm.show("aaa");mm.show(123);mm.show(12.34);/*class java.lang.Stringclass java.lang.Integerclass java.lang.Double*/}
}
含有泛型的接口:
定义格式:
修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> {}
例如:
package com.witty.collection.demo04fanxing;public interface MyGenericInterface<E> {public abstract void add(E e);public abstract E getE();
}
使用格式:
1 定义类时确定泛型的类型
例如:
package com.witty.collection.demo05fanxingInterface;public class MyImpl implements MyGenericInterface<String> {@Overridepublic void add(String s) {// 方法}@Overridepublic String getE() {return null;}
}
此时,泛型E的值是String类型
2 始终不确定泛型的类型,直到创建对象时,确定泛型的类型
例如:
package com.witty.collection.demo05fanxingInterface;// 2、始终不确定泛型的类型,直到创建对象时,确定泛型的类型
public class MyImpl2<E> implements MyGenericInterface<E> {@Overridepublic void add(E e) {}@Overridepublic E getE() {return null;}
}
确定泛型:
package com.witty.collection.demo05fanxingInterface;/* 使用 MyImpl2<E>*/
public class GenericInterface {public static void main(String[] args) {// 创建对象 MyImpl2<E> 时确定类型MyImpl2<String> my = new MyImpl2<>();my.add("AA");}
}
小结:泛型是一种未知的数据类型,定义在类上的泛型,使用类的时候会确定泛型的类型,定义在方法上的泛型,会在使用方法的时候确定泛型,定义在接口上的泛型,需要使用接口的时候确定泛型。
3.4 泛型通配符
当使用泛型类或者接口时,传递的数据中,泛型类型不确定,可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后,只能使用Object类中的共性方法,集合中元素自身方法无法使用。
通配符基本使用
泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。
此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。
举个例子大家理解使用即可:
package com.witty.collection.demo06fanxing;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;// 泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。
public class Test {public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();getElement(list1);ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();getElement(list2);}public static void getElement(Collection<?> coll) {}// ? 代表可以接收任何类型// 泛型不存在继承关系 Collection<Object> list = new ArrayList<String>; 这是错误的
}
通配符高级使用----受限泛型
之前设置泛型的时候,实际上是可以任意设置的,只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。
泛型的上限:
- 格式: 类型名称 <? extends 类 > 对象名称
- 意义: 只能接收该类型及其子类
泛型的下限:
- 格式: 类型名称 <? super 类 > 对象名称
- 意义: 只能接收该类型及其父类型
比如:现已知Object类,String 类,Number类,Integer类,其中Number是Integer的父类
package com.witty.collection.demo06fanxing;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;public class Test02 {public static void main(String[] args) {Collection<Integer> list1 = new ArrayList<>();Collection<String> list2 = new ArrayList<>();Collection<Number> list3 = new ArrayList<>();Collection<Object> list4 = new ArrayList<>();// number类型及其子类 Integer 和NumbergetElement1(list1);// getElement1(list2); // 报错getElement1(list3);// getElement1(list4); // 报错// number类型和其父类 Number 和Object// getElement2(list1); // 报错// getElement2(list2); // 报错getElement2(list3); getElement2(list4);}// 泛型的上限:此时的泛型 ?, 必须是Number类型的子类public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll) {}// 泛型的下限:此时的泛型 ?, 必须是Number类型或者Number类型的父类。public static void getElement2(Collection<? super Number> coll) {}
}
?表示泛型通配符,如果要对?泛型通配符的取值范围进行限制,可以使用泛型限定、
第四章 数据结构
4.1 数据结构介绍
数据结构 : 数据用什么样的方式组合在一起。
4.2 常见数据结构
数据存储的常用结构有:栈、队列、数组、链表和红黑树。我们分别来了解一下:
栈
- 栈:stack,又称堆栈,它是运算受限的线性表,其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作,不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作。
简单的说:采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点
- 后进先出。例如,子弹压进弹夹,先压进去的子弹在下面,后压进去的子弹在上面,当开枪时,先弹出上面的子弹,然后才能弹出下面的子弹。
- 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-QKDxP3HN-1596287511538)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728200346238.png)]
这里两个名词需要注意:
- 压栈:就是存元素。即,把元素存储到栈的顶端位置,栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
- 弹栈:就是取元素。即,把栈的顶端位置元素取出,栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。
队列:
- 队列:queue,简称队,它同堆栈一样,也是一种运算受限的线性表,其限制是仅允许在表的一端进行插入,而在表的另一端进行取出并删除。
- 简单的说,采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:
- 先进先出。例如,小火车过山洞,车头先进去,车尾后进去;车头先出来,车尾后出来。
- 队列的入口、出口各占一侧。例如,下图中的左侧为入口,右侧为出口。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AN3IbwOw-1596287511542)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728200508636.png)]
数组
- 数组:Array,是有序的元素序列,数组是在内存中开辟一段连续的空间,并在此空间存放元素。就像是一排出租屋,有100个房间,从001到100每个房间都有固定编号,通过编号就可以快速找到租房子的人。
简单的说,采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:
- 查找元素快:通过索引,可以快速访问指定位置的元素
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-PIuB7vyj-1596287511544)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728200741068.png)]
- 增删元素慢
- **指定索引位置增加元素:**需要创建一个新数组,将指定新元素存储在指定索引位置,再把原数组元素根据索引,复制到新数组对应索引的位置。如下图
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jIqwQ5Se-1596287511547)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728200726719.png)]
- 指定索引位置删除元素:需要创建一个新数组,把原数组元素根据索引,复制到新数组对应索引的位置,原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。如下图
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gkdbo8pM-1596287511549)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728200918998.png)]
链表
- 链表:linked list,由一系列结点node(链表中每一个元素称为结点)组成,结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分:一个是存储数据元素的数据域,另一个是存储下一个结点地址的指针域。我们常说的链表结构有单向链表与双向链表,那么这里给大家介绍的是单向链表。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-23wjt6Gh-1596287511551)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728201026458.png)]
- 多个结点之间,通过地址进行连接。例如,多个人手拉手,每个人使用自己的右手拉住下个人的左手,依次类推,这样多个人就连在一起了。
- 查找元素慢:想查找某个元素,需要通过连接的节点,依次向后查找指定元素
- 增删元素快:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-b0GJH0An-1596287511552)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728201111662.png)]
4.3. 树基本结构介绍
树具有的特点:
- 每一个节点有零个或者多个子节点
- 没有父节点的节点称之为根节点,一个树最多有一个根节点。
- 每一个非根节点有且只有一个父节点
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0f6FY0ur-1596287511553)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728201210497.png)]
名词 | 含义 |
---|---|
节点 | 树中的一个元素 |
阶段的度 | 节点拥有的子树的个数,二叉树的度不大于2 |
叶子节点 | 度为0的节点,也称为终端节点 |
高度 | 叶子节点的高度是1,叶子节点的父节点高度是2,以此类推,根节点高度最高 |
层 | 根节点在第一层,以此类推 |
父节点 | 若一个节点含有子节点,则这个节点称之为其子节点的父节点 |
子节点 | 子节点是父节点的下一层节点 |
兄弟节点 | 拥有相同父节点的节点互称为兄弟节点 |
二叉树
如果树中的每个节点的子节点的个数不超过2,那么该树就是一个二叉树。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ruPuoeuS-1596287511555)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728201635924.png)]
二叉查找树
二叉查找树的特点:
- 左子树上所有的节点的值均小于它的根节点的值
- 右子树上所有的节点值均大于它的根节点的值
- 每一个子节点最多有两个子树
案例演示(20,18,23,22,17,24,19)数据的存储过程;
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GW6Ju1p5-1596287511557)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728201920405.png)]
遍历获取元素的时候可以按照"左中右"的顺序进行遍历;
注意:二叉查找树存在的问题:会出现"瘸子"的现象,影响查询效率
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UleRLA5V-1596287511559)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728202006125.png)]
平衡二叉树
概述
为了避免出现"瘸子"的现象,减少树的高度,提高我们的搜素效率,又存在一种树的结构:“平衡二叉树”
规则:它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1,并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UdG8RXhm-1596287511562)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728202105018.png)]
如下图所示,左图是一棵平衡二叉树,根节点10,左右两子树的高度差是1,而右图,虽然根节点左右两子树高度差是0,但是右子树15的左右子树高度差为2,不符合定义,
所以右图不是一棵平衡二叉树。
旋转
在构建一棵平衡二叉树的过程中,当有新的节点要插入时,检查是否因插入后而破坏了树的平衡,如果是,则需要做旋转去改变树的结构。
左旋:
左旋就是将节点的右支往左拉,右子节点变成父节点,并把晋升之后多余的左子节点出让给降级节点的右子节点;
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-u54xf1Fi-1596287511563)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728203145698.png)]
右旋:
将节点的左支往右拉,左子节点变成了父节点,并把晋升之后多余的右子节点出让给降级节点的左子节点
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZNJssgJH-1596287511564)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728203234676.png)]
举个例子,像上图是否平衡二叉树的图里面,左图在没插入前"19"节点前,该树还是平衡二叉树,但是在插入"19"后,导致了"15"的左右子树失去了"平衡",
所以此时可以将"15"节点进行左旋,让"15"自身把节点出让给"17"作为"17"的左树,使得"17"节点左右子树平衡,而"15"节点没有子树,左右也平衡了。如下图,
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TVSE3Ns6-1596287511566)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728203317250.png)]
由于在构建平衡二叉树的时候,当有新节点插入时,都会判断插入后时候平衡,这说明了插入新节点前,都是平衡的,也即高度差绝对值不会超过1。当新节点插入后,
有可能会有导致树不平衡,这时候就需要进行调整,而可能出现的情况就有4种,分别称作左左,左右,右左,右右。
左左
左左即为在原来平衡的二叉树上,在节点的左子树的左子树下,有新节点插入,导致节点的左右子树的高度差为2,如下即为"10"节点的左子树"7",的左子树"4",插入了节点"5"或"3"导致失衡。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tpwAQkju-1596287511567)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728203639222.png)]
左左调整其实比较简单,只需要对节点进行右旋即可,如下图,对节点"10"进行右旋,
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eU8K0fXS-1596287511569)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728203728116.png)]
左右
左右即为在原来平衡的二叉树上,在节点的左子树的右子树下,有新节点插入,导致节点的左右子树的高度差为2,如上即为"11"节点的左子树"7",的右子树"9",
插入了节点"10"或"8"导致失衡。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kHPE7k5G-1596287511570)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728203844900.png)]
左右的调整就不能像左左一样,进行一次旋转就完成调整。我们不妨先试着让左右像左左一样对"11"节点进行右旋,结果图如下,右图的二叉树依然不平衡,而右图就是接下来要
讲的右左,即左右跟右左互为镜像,左左跟右右也互为镜像。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eRfLiPiG-1596287511572)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728204928154.png)]
左右这种情况,进行一次旋转是不能满足我们的条件的,正确的调整方式是,将左右进行第一次旋转,将左右先调
整成左左,然后再对左左进行调整,从而使得二叉树平衡。
即先对上图的节点"7"进行左旋,使得二叉树变成了左左,之后再对"11"节点进行右旋,此时二叉树就调整完成,
如下图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6qklEMRv-1596287511573)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728204947931.png)]
右左
右左即为在原来平衡的二叉树上,在节点的右子树的左子树下,有新节点插入,导致节点的左右子树的高度差为2,如上即为"11"节点的右子树"15",的左子树"13",
插入了节点"12"或"14"导致失衡。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-EAy2P1Pf-1596287511575)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728205006434.png)]
前面也说了,右左跟左右其实互为镜像,所以调整过程就反过来,先对节点"15"进行右旋,使得二叉树变成右右,之后再对"11"节点进行左旋,此时二叉树就调整完成,如下图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fJCi5Rk4-1596287511577)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728205054264.png)]
右右
右右即为在原来平衡的二叉树上,在节点的右子树的右子树下,有新节点插入,导致节点的左右子树的高度差为2,如下即为"11"节点的右子树"13",的左子树"15",插入了节点
"14"或"19"导致失衡。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DxRFbd6z-1596287511578)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728205135246.png)]
右右只需对节点进行一次左旋即可调整平衡,如下图,对"11"节点进行左旋。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mmZi37Tl-1596287511579)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728205520267.png)]
红黑树
概述
红黑树是一种自平衡的二叉查找树,是计算机科学中用到的一种数据结构,它是在1972年由Rudolf Bayer发明的,当时被称之为平衡二叉B树,后来,在1978年被Leoj.Guibas和Robert Sedgewick修改为如今的"红黑树"。它是一种特殊的二叉查找树,红黑树的每一个节点上都有存储位表示节点的颜色,可以是红或者黑;
红黑树不是高度平衡的,它的平衡是通过"红黑树的特性"进行实现的;
红黑树的特性:
-
每一个节点或是红色的,或者是黑色的。
-
根节点必须是黑色
-
每个叶节点(Nil)是黑色的;(如果一个节点没有子节点或者父节点,则该节点相应的指针属性值为Nil,这些
Nil视为叶节点) -
如果某一个节点是红色,那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连的情况)
-
对每一个节点,从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上,均包含相同数目的黑色节点;
如下图所示就是一个
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HNkODW3a-1596287511580)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728205710991.png)]
在进行元素插入的时候,和之前一样; 每一次插入完毕以后,使用黑色规则进行校验,如果不满足红黑规则,就需要通过变色,左旋和右旋来调整树,使其满足红黑规则;
第五章 List接口
我们掌握了Collection接口的使用后,再来看看Collection接口中的子类,他们都具备那些特性呢?
接下来,我们一起学习Collection中的常用几个子类( java.util.List 集合、java.util.Set 集合)。
5.1 List接口介绍
java.util.List 接口继承自Collection 接口,是单列集合的一个重要分支,习惯性地会将实现了List 接口
的对象称为List集合。在List集合中允许出现重复的元素,所有的元素是以一种线性方式进行存储的,在程序中可以
通过索引来访问集合中的指定元素。另外,List集合还有一个特点就是元素有序,即元素的存入顺序和取出顺序一
致。
看完API,我们总结一下:
List接口特点:
- 它是一个元素存取有序的集合。例如,存元素的顺序是11、22、33。那么集合中,元素的存储就是按照11、
22、33的顺序完成的)。 - 它是一个带有索引的集合,通过索引就可以精确的操作集合中的元素(与数组的索引是一个道理)。
- 集合中可以有重复的元素,通过元素的equals方法,来比较是否为重复的元素。
tips:我们在基础班的时候已经学习过List接口的子类java.util.ArrayList类,该类中的方法都是来自List中定义。
5.2 List接口中常用方法
List作为Collection集合的子接口,不但继承了Collection接口中的全部方法,而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法,如下:
-
public void add(int index, E element) : 将指定的元素,添加到该集合中的指定位置上。
-
public E get(int index) :返回集合中指定位置的元素。
-
public E remove(int index) : 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
-
public E set(int index, E element) :用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。
List集合特有的方法都是跟索引相关,我们在基础班都学习过。
tips:我们之前学习Colletion体系的时候,发现List集合下有很多集合,它们的存储结构不同,这样就导致了这些集合它们有各自的特点,供我们在不同的环境下使用。
5.3 ArrayList集合
java.util.ArrayList 集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢,查找快,由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据,所以ArrayList 是最常用的集合。
许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求,并不严谨,这种用法是不提倡的。
5.4 LinkedList集合
java.util.LinkedList 集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。
LinkedList是一个双向链表,那么双向链表是什么样子的呢,我们用个图了解下
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JZdamL1m-1596287511581)(C:\Users\Data\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200728211550867.png)]
实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作,而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。这些方法我们作为了解即可:
-
public void addFirst(E e) :将指定元素插入此列表的开头。
-
public void addLast(E e) :将指定元素添加到此列表的结尾。
-
public E getFirst() :返回此列表的第一个元素。
-
public E getLast() :返回此列表的最后一个元素。
-
public E removeFirst() :移除并返回此列表的第一个元素。
-
public E removeLast() :移除并返回此列表的最后一个元素。
-
public E pop() :从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
-
public void push(E e) :将元素推入此列表所表示的堆栈。
-
public boolean isEmpty() :如果列表不包含元素,则返回true。
LinkedList是List的子类,List中的方法LinkedList都是可以使用,这里就不做详细介绍,我们只需要了解LinkedList的特有方法即可。在开发时,LinkedList集合也可以作为堆栈,队列的结构使用。
package com.witty.collection.demo07linkedlist;import java.util.LinkedList;public class Dmeo01LinkedList {public static void main(String[] args) {method1();}/*void addFirst(E e):在集合的开头位置添加元素void addLast(E e):在集合的尾部添加元素*/private static void method1() {// 创建LinkedList对象LinkedList<String> list = new LinkedList<>();// 添加元素list.add("李志章");list.add("李杀币");list.add("李扣币");// 打印这个集合System.out.println("list:" + list); // list:[李志章, 李杀币, 李扣币]// 调用addFirst 在开头添加元素list.addFirst("李不去");System.out.println("list:" + list); // list:[李不去, 李志章, 李杀币, 李扣币]// 调用addLast方法在尾部添加元素list.addLast("李去不");System.out.println("list:" + list); // list:[李不去, 李志章, 李杀币, 李扣币, 李去不]}
}
5.5 LinkedList源码分析
LinkedList的成员变量源码分析
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{transient int size = 0;/***存储第一个节点的引用*/transient Node<E> first;/*** 存储最后一个节点的引用*/transient Node<E> last;//......//......
}
LinkedList的内部类Node类源码分析
public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{//......private static class Node<E> {E item;//被存储的对象Node<E> next;//下一个节点Node<E> prev;//前一个节点//构造方法Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}}//......}
LinkedList的add()方法源码分析
public boolean add(E e) {linkLast(e);//调用linkLast()方法return true;//永远返回true
}
void linkLast(E e) {final Node<E> l = last;//一个临时变量,存储最后一个节点final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//创建一个Node对象last = newNode;//将新Node对象存储到lastif (l == null)//如果没有最后一个元素,说明当前是第一个节点first = newNode;//将新节点存为第一个节点elsel.next = newNode;//否则不是第一个节点,就赋值到当前的last的next成员size++;//总数量 + 1modCount++;//
}
LinkedList的get()方法
public E get(int index) {checkElementIndex(index);//检查索引的合法性(必须在0-size之间),如果不合法,此方法抛出 异常return node(index).item;
}
Node<E> node(int index) {//此方法接收一个索引,返回一个Node// assert isElementIndex(index);if (index < (size >> 1)) {//判断要查找的index是否小于size / 2,二分法查找Node<E> x = first;// x = 第一个节点——从前往后找for (int i = 0; i < index; i++)//从0开始,条件:i < index,此循环只控制次数x = x.next;//每次 x = 当前节点.next;return x;//循环完毕,x就是index索引的节点。} else {Node<E> x = last;// x = 最后一个节点——从后往前找for (int i = size - 1; i > index; i--)//从最后位置开始,条件:i > indexx = x.prev;//每次 x = 当前节点.prev;return x;//循环完毕,x就是index索引的节点}
}
第六章 集合综合案例
6.1 案例介绍
按照斗地主的规则,完成洗牌发牌的动作。 具体规则:
使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏,三人交替摸牌,每人17张牌,最后三张留作底牌。
6.2 案例分析
- 准备牌:
牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。 每张牌由花色数字两部分组成,我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。 牌由Collections类的shuffle方法进行随机序。 - 发牌
将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌,剩余牌通过对3取模依次发牌。 - 看牌
新节点存为第一个节点
else
l.next = newNode;//否则不是第一个节点,就赋值到当前的last的next成员
size++;//总数量 + 1
modCount++;//
}
### LinkedList的get()方法```java
public E get(int index) {checkElementIndex(index);//检查索引的合法性(必须在0-size之间),如果不合法,此方法抛出 异常return node(index).item;
}
Node<E> node(int index) {//此方法接收一个索引,返回一个Node// assert isElementIndex(index);if (index < (size >> 1)) {//判断要查找的index是否小于size / 2,二分法查找Node<E> x = first;// x = 第一个节点——从前往后找for (int i = 0; i < index; i++)//从0开始,条件:i < index,此循环只控制次数x = x.next;//每次 x = 当前节点.next;return x;//循环完毕,x就是index索引的节点。} else {Node<E> x = last;// x = 最后一个节点——从后往前找for (int i = size - 1; i > index; i--)//从最后位置开始,条件:i > indexx = x.prev;//每次 x = 当前节点.prev;return x;//循环完毕,x就是index索引的节点}
}
第六章 集合综合案例
6.1 案例介绍
按照斗地主的规则,完成洗牌发牌的动作。 具体规则:
使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏,三人交替摸牌,每人17张牌,最后三张留作底牌。
6.2 案例分析
- 准备牌:
牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。 每张牌由花色数字两部分组成,我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。 牌由Collections类的shuffle方法进行随机序。 - 发牌
将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌,剩余牌通过对3取模依次发牌。 - 看牌
直接打印每个集合。 3