【Java集合】数据结构与集合的神秘联系，一文读懂！

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- 2023.11.06 -

上篇文章中我们对单列集合中常用的方法和遍历查询。通过本文章为我们解惑，好好的字符串用起来不就行了，为什么要用集合这些工具类？

1.1 数据结构有什么用？

数据结构是计算机存储、组织数据的方式。 数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。 通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。

数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。 这句话是啥意思呢？ 我们举个简单的例子。就像金庸小说中所写的，武功招式就相当于我们的算法，而数据结构就是我们的内功心法；而武功的高低，不仅仅是武功招式，更重要的是 学会的内功心法。就比如张无忌在学会九阳神功之后，就可以大战六大门派。

而数据结构的学习，也会让我们事半功倍。凭借着“数据结构+算法=程序”这句话，Pascal之父获得了图灵奖。

总结来说：

• 数据结构就是一种是将世界上各种数据转化为计算机可以存储和操作的形式，定义了逻辑结构如何在计算机上存储，以及相关的基本操作。

• 算法是程序猿通过调用不同数据结构的基本操作，从而实现了数据的处理。

而这两点使我们作为程序开发人员的必备基本功，不是一朝一夕就能成为绝世高手的，我们需要一步步去不断的学习积累，积硅步以致千里。

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1.2 常见的数据结构

在计算机学科中，数据结构是一门很重要的基础学科，知识点很多。在这里我们不讲那么多，只讲述我们集合中用到的几种数据结构，同学们可以下去自行学习更多的数据结构的知识。 常用结构三个：数组、链表、红黑树。

我们分别来了解一下：

1）数组

数组的定义：

• 数组是相同类型数据的有序集合；

• 数组描述的是相同类型的若干个数据,按照一定的先后次序排列组合而成；

• 其中，每一个数据称作一个数组元素,每个数组元素可以通过一个下标来访问它们。

存储思路：

所有数据存储在连续的空间中，数组中的每个元素都是一个具体的数据。

数组的特点：

• 使用连续分配的内存空间；

• 一次申请一大段连续的空间，需要事先声明最大可能要占的固定内存空间。

如下图：

• 通过索引，查询快

• 当给数组插入新元素时，数组中的a2,a3,a4整体后移，代价高。

• 如果插入元素时，数组长度，还要重新创建一个数组，然后循环赋值，代价高

优点：

设计简单，读取与修改表中的任意一个元素的时间都是固定的，速度快 。

缺点：

容易造成内存浪费；删除或者插入数据需要移动大量数据，速度慢。

2）链表

每个数据单独存在一小块内存中，这个单元叫做节点，每个节点知道下一个节点的地址，叫做单向链表。 每个节点既知道下一个节点地址，又知道上一个节点地址，叫做双向链表。  

链表的特点：

• 使用不连续的内存空间；

• 不需要提前声明好指定大小的内存空间，一次申请一小块，按需申请。

• 查询元素，需要通过节点一次向后查找，直到查找到指定元素

• 增删元素：只需修改连接节点的地址即可。

优点： 充分节省内存空间，数据插入和删除方便，不需要移动大量数据。

缺点： 查询数据必须按顺序找到该数据，操作麻烦。

3）红黑树

简单理解，就是一种类似于我们生活中树的结构，只不过每个节点最多只有两个叶子。计算机世界的树，刚好与我们现实中的树成镜像相反，树根在上，树枝在下。二叉树如下图： 

而我们要说的是二叉树的一种比较有意思的叫做红黑树，红黑树本身就是一颗二叉查找树。我们在这里只需要记住它的特点就可以非常方便的对树中的所有节点进行排序和检索。

小结

本文介绍了三种常用的数据结构：数组、链表和红黑树，以及这些数据结构在计算机中的重要意义。通过学习这些内容，我们可以逐步深入了解计算机世界。

我们下期再见！