Java数据结构与算法详解：从数组到红-黑树

"Java数据结构和算法学习文档，涵盖了数组、简单排序、栈与队列、链表、递归、哈希表、高级排序、二叉树、红-黑树、堆以及带权图等核心概念。" 在Java编程中，理解和掌握数据结构和算法对于提升编程能力至关重要。这份文档详细介绍了多个关键概念： 1. **数组**：数组是一种存储相同类型数据的集合，可以是单维或多维。在Java中，数组通过下标访问，提供了对相关数据的分组方式。声明一维数组如`type var-name[]`，并使用`new`运算符分配内存。数组初始化可以包含在花括号内的元素值列表。Java提供了边界检查，防止越界访问。 2. **多维数组**：多维数组实际上是数组的数组，定义时每个维度用方括号表示，如`int twoD[][] = new int[4][5]`。 3. **简单排序**：文档中提到了几种基础排序算法，包括： - **冒泡排序**：通过相邻元素的比较和交换，逐步将较大的元素推向数组的末尾。Java实现冒泡排序的基本逻辑是两两比较并交换，直到数组排序完成。 - **选择排序**：每次从未排序的部分中找到最小（或最大）元素，放到已排序部分的末尾。这个过程持续到所有元素都排好序。 - **插入排序**：将未排序的元素逐个插入到已排序的部分，保持已排序部分的有序性。插入排序在处理小规模或接近有序的数组时效率较高。 4. **栈与队列**：栈是后进先出（LIFO）的数据结构，而队列是先进先出（FIFO）的。在Java中，`java.util.Stack`类代表栈，`java.util.Queue`接口则代表队列，它们各自提供了相应的操作方法。 5. **链表**：链表由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的引用。链表不占用连续的内存空间，插入和删除操作通常比数组更高效。 6. **递归**：函数调用自身的过程，常用于解决复杂问题的简化。在算法中，递归可以用于树形结构的遍历、分治策略等。 7. **哈希表**：使用哈希函数映射键到槽位的数据结构，如Java中的`HashMap`，提供了快速的查找、添加和删除操作。 8. **高级排序**：这里可能涵盖了快速排序、归并排序等更高效的排序算法，它们在处理大规模数据时性能优越。 9. **二叉树**：每个节点最多有两个子节点的树结构，如二叉搜索树，适用于快速查找和插入操作。 10. **红-黑树**：一种自平衡的二叉查找树，保持了插入和删除操作的近似最坏情况下的O(log n)时间复杂度。 11. **堆**：一种特殊的树形数据结构，满足堆属性（最大堆或最小堆），常用于优先队列和快速排序的实现，如Java的`PriorityQueue`。 12. **带权图**：图中的边带有权重，常用于路径查找和网络流问题，如Dijkstra算法和最小生成树算法。 这份文档全面覆盖了Java数据结构和算法的基础知识，适合初学者逐步深入学习和实践。通过学习这些概念，开发者可以更好地设计和优化程序，提高代码的效率和可维护性。