1、数组

   数组(Array) 是一种很常见的数据结构。它由相同类型的元素(element)组成,并且是使用一块连续的内存来存储。

  我们直接可以利用元素的索引(index)可以计算出该元素对应的存储地址。

   特点:长度固定,不支持动态扩容。可以随机访问元素。

2、链表

     虽然是一种线性表,但是并不会按线性的顺序存储数据,使用的不是连续的内存空间来存储数据。

链表的插入和删除操作的复杂度为 O(1) ,只需要知道目标位置元素的上一个元素即可。但是,在查找一个节点或者访问特定位置的节点的时间复杂度为 O(n) 。

   特点:长度不固定,插入和删除比较简单,只需要知道目标位置的上一个原色即可。查找复杂。使用链表结构可以克服数组需要预先知道数据大小的缺点,链表结构可以充分利用计算机内存空间,实现灵活的内存动态管理。但链表不会节省空间,相比于数组会占用更多的空间,因为链表中每个节点存放的还有指向其他节点的指针。除此之外,链表不具有数组随机读取的优点。

   单向链表:单向链表只有一个方向,结点只有一个后继指针 next 指向后面的节点。因此,链表这种数据结构通常在物理内存上是不连续的。我们习惯性地把第一个结点叫作头结点,链表通常有一个不保存任何值的 head 节点(头结点),通过头结点我们可以遍历整个链表。尾结点通常指向 null。
   双向链表:双向链表 包含两个指针,一个 prev 指向前一个节点,一个 next 指向后一个节点。

 
           循环链表:循环链表 其实是一种特殊的单链表,和单链表不同的是循环链表的尾结点不是指向 null,而是指向链表的头结点。

 
   双向循环链表:双向循环链表 最后一个节点的 next 指向 head,而 head 的 prev 指向最后一个节点,构成一个环。

3、数组和链表比较

  数组长度固定且支持随机访问元素,链表长度不固定不支持随机访问。

  如果需要的元素数量固定,且不需要经常的插入和删除,数组适合。

  如果需要的元素数量不固定,且需要经常插入和删除链表更合适。

  数组开辟连续的空间,链表不是开辟的连续空间。

4、栈

   (stack)只允许在有序的线性数据集合的一端(称为栈顶 top)进行加入数据(push)和移除数据(pop)。因而按照 后进先出(LIFO, Last In First Out) 的原理运作。在栈中,push 和 pop 的操作都发生在栈顶。

  栈常用一维数组或链表来实现,用数组实现的栈叫作 顺序栈 ,用链表实现的栈叫作 链式栈

5、队列

  队列先进先出( FIFO,First In, First Out) 的线性表。在具体应用中通常用链表或者数组来实现,用数组实现的队列叫作 顺序队列 ,用链表实现的队列叫作 链式队列队列只允许在后端(rear)进行插入操作也就是 入队 enqueue,在前端(front)进行删除操作也就是出队 dequeue

队列的操作方式和堆栈类似,唯一的区别在于队列只允许新数据在后端进行添加。

6、树

  树就是一种类似现实生活中的树的数据结构(倒置的树)。任何一颗非空树只有一个根节点。

  一棵树具有以下特点:

  1. 一棵树中的任意两个结点有且仅有唯一的一条路径连通。
  2. 一棵树如果有 n 个结点,那么它一定恰好有 n-1 条边。
  3. 一棵树不包含回路。
  • 节点 :树中的每个元素都可以统称为节点。
  • 根节点 :顶层节点或者说没有父节点的节点。上图中 A 节点就是根节点。
  • 父节点 :若一个节点含有子节点,则这个节点称为其子节点的父节点。上图中的 B 节点是 D 节点、E 节点的父节点。
  • 子节点 :一个节点含有的子树的根节点称为该节点的子节点。上图中 D 节点、E 节点是 B 节点的子节点。
  • 兄弟节点 :具有相同父节点的节点互称为兄弟节点。上图中 D 节点、E 节点的共同父节点是 B 节点,故 D 和 E 为兄弟节点。
  • 叶子节点 :没有子节点的节点。上图中的 D、F、H、I 都是叶子节点。
  • 节点的高度 :该节点到叶子节点的最长路径所包含的边数。
  • 节点的深度 :根节点到该节点的路径所包含的边数
  • 节点的层数 :节点的深度+1。
  • 树的高度 :根节点的高度。
  二叉树:二叉树是每个节点最多只有两个分支(即不存在分支度大于 2 的节点)的树结构。
  满二叉树:一个二叉树,如果每一个层的结点数都达到最大值,则这个二叉树就是 满二叉树。也就是说,如果一个二叉树的层数为 K,且结点总数是(2^k) -1 ,则它就是 满二叉树。如下图所示。

  完全二叉树:除最后一层外,若其余层都是满的,并且最后一层或者是满的,或者是在右边缺少连续若干节点,则这个二叉树就是 完全二叉树 。

  平衡二叉树:是一棵二叉排序树,且具有以下性质:

  1. 可以是一棵空树
  2. 如果不是空树,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。

  二叉树的遍历

    先序遍历:二叉树的先序遍历,就是先输出根结点,再遍历左子树,最后遍历右子树,遍历左子树和右子树的时候,同样遵循先序遍历的规则,也就是说,我们可以递归实现先序遍历。

    中序遍历:二叉树的中序遍历,就是先递归中序遍历左子树,再输出根结点的值,再递归中序遍历右子树,大家可以想象成一巴掌把树压扁,父结点被拍到了左子节点和右子节点的中间,如下图所示:

    后序遍历:二叉树的后序遍历,就是先递归后序遍历左子树,再递归后序遍历右子树,最后输出根结点的值。

7、红黑树

  • 每个节点非红即黑;
  • 根节点总是黑色的;
  • 每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL节点);
  • 如果节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的(反之不一定);
  • 从根节点到叶节点或空子节点的每条路径,必须包含相同数目的黑色节点(即相同的黑色高度)。

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