Java数据结构（一）数据结构和算法概述
一、数据结构和算法概述
1.1、什么是数据结构？
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官方解释
数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中的操作对象， 以及他们之间的关系和操作等相关问题的学科
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大白话
数据结构就是把数据元素按照一定的关系组织起来的集合， 用来组织和存储数据
1.2、数据结构分类
传统上，我们可以把数据结构分为 逻辑结构 和 物理结构 两大类
1）逻辑结构分类
逻辑结构是从具体问题中抽象出来的模型，是抽象意义上的结构，按照对象中数据元素之间的相互关系分类
- 集合结构：集合结构中数据元素除了属于同一个集合外，他们之间 没有任何其他的关系
- 线性结构：线性结构中的数据元素之间存在 一对一 的关系
- 树形结构：树形结构中的数据元素之间存在 一对多 的层次关系
- 图形结构：图形结构的数据元素是 多对多 的关系
2）物理结构分类
逻辑结构在计算机中真正的表示方式（又称为映像）称为 物理结构， 也可以叫做 存储结构
常见的物理结构有 顺序存储结构、链式存储结构
- 顺序存储结构： 把数据元素放到地址连续的存储单元里面，其数据间的逻辑关系和物理关系是一致的 ，比如我们常用的数组就是顺序存储结构
顺序存储结构存在一定的弊端，就像生活中排队时，也会有人插队，也可能有人有特殊情况突然离开，这时候整个结构都处于变化中，此时就需要链式存储结构
- 链式存储结构：是把数据元素存放在任意的存储单元里面，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的。此时，数据元素之间并不能反映元素间的逻辑关系，因此在链式存储结构中引进了一个 指针 存放数据元素的地址，这样通过地址就可以找到相关联数据元素的位置
1.3、算法
- 官方解释：
算法是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法解决问题的策略机制。也就是说，能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。 - 大白话：
根据一定的条件，对一些数据进行计算，得到需要的结果。
1.4、算法初体验
总体上，一个优秀的算法追求以下两个目标：
- 花 最少的时间 完成需求
- 占用 最少的内存空间 完成需求
实例1：计算1到100的和
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
method1();
method2();
}
public static void method1() {
int sum = 0;
int n = 100;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
sum += i;
}
System.out.println(sum);
}
public static void method2() {
int sum = 0;
int n = 100;
sum = (1 + n) * n / 2;
System.out.println(sum);
}
}
5050
5050
第一种解法要完成需求，要完成以下几个动作：
- 定义两个整型变量；
- 执行 100次 加法运算；
- 打印结果到控制台；
第二种解法要完成需求，要完成以下几个动作：
- 定义两个整型变量；
- 执行1次加法运算，1次乘法运算，一次除法运算，总共 3次 运算；
- 打印结果到控制台；
很明显，第二种算法 完成需求，花费的时间更少一些
实例1：计算10的乘；10！= 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("method1=" + method1(10));
System.out.println("method2=" + method2(10));
}
/**
* 递归算法
* 循环调用n次，占用内存大
*
* @param n
* @return
*/
public static long method1(int n) {
if (n == 1) {
return 1;
}
return n * method1(n - 1);
}
/**
* 循环相乘
* 方法只执行1次，占用内存小
*
* @param n
* @return
*/
public static long method2(int n) {
int res = 1;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
res *= i;
}
return res;
}
}
method1=3628800
method2=3628800
第一种解法，使用递归完成需求，fun1方法会执行10次，并且第一次执行未完毕，调用第二次执行，第二次执行未完毕，调用第三次执行...最终，最多的时候，需要在栈内存同时开辟10块内存分别 执行10个fun1方法
第二种解法，使用for循环完成需求，fun2方法 只会执行一次，最终，只需要在栈内存开辟一块内存执行fun2方法即可。
很明显，第二种算法完成需求，占用的内存空间更小
