Java資料結構-線性表之順序表ArrayList

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線性表的順序儲存結構，也稱為順序表，指用一段連續的儲存單元依次儲存線性表中的資料元素。

根據順序表的特性，我們用數組來實現順序表，下面是我通過數組實現的Java版本的順序表。

package com.phn.datestructure;/** * @author 潘海南 * @Email [email protected] * @TODO 順序表 * @date 2015年7月16日 */public class FOArrayList<E> {    // 順序表長度    private int size;    // 順序表預設數組為null    private Object[] data = null;    // 順序表中數組的初始化長度    private int capacity;    // 順序表預設初始化長度    private static final int DEFUALT_INITIAL_SIZE = 0;    /**     * 預設無參建構函式     */    public FOArrayList() {        this(DEFUALT_INITIAL_SIZE);    }    /**     * @TODO 帶參建構函式     * @param initialSize 初始化順序表長度     */    public FOArrayList(int initialSize) {        if (initialSize < 0) {            throw new RuntimeException("數組大小錯誤:" + initialSize);        }        this.data = new Object[initialSize];        this.capacity = initialSize;        this.setSize();    }    /**     * @TODO 設定順序表的長度     */    private void setSize() {        this.size = 0;    }    /**     * @TODO 擷取順序表的長度     * @return size 順序表的長度     */    public int size() {        return this.size;    }    /**     * @TODO 順序表添加元素     * @param e 資料元素類型     * @return true     */    public boolean add(E e) {        ensureSize(size);        this.data[size] = e;        this.size++;        return true;    }    /**     * @TODO 順序表插入元素     * @param index 插入位置     * @param e 資料元素類型     * @return true     */    public boolean insert(int index, E e) {        if (index >= 0 && index <= size) {            ensureSize(size);            E temp = (E) this.data[index - 1];            this.data[index - 1] = e;            this.size++;            for (int i = index; i <= size; i++) {                E temp2 = (E) this.data[i];                this.data[i] = temp;                temp = temp2;            }        } else {            throw new RuntimeException("數組下標錯誤：" + index);        }        return true;    }    /**     * @TODO 順序表刪除元素     * @param index 將要刪除的元素的索引位置     * @return E 刪除的元素     */    public E remove(int index) {        validateIndex(index);        E e = (E) this.data[index];        for (int i = index; i < size - 1; i++) {            this.data[i] = this.data[i + 1];        }        this.size--;        return e;    }    /**     * @TODO 根據元素索引位置擷取元素     * @param index 元素的索引位置     * @return E 元素e     */    public E get(int index) {        validateIndex(index);        return (E) this.data[index];    }    /**     * @TODO 將順序表中索引位置為i的元素修改為元素e     * @param index 元素的索引位置     * @param e 需要修改成的元素     * @return true 修改成功標誌     */    public boolean set(int index, E e) {        validateIndex(index);        this.data[index] = e;        return true;    }    @Override    public String toString() {        return this.arrayToString(data);    }    /**     * @TODO 擷取字串形式的順序表中的數組序列     * @param a 順序表中的數組     * @return String 字串形式的順序表中的數組序列     */    private String arrayToString(Object[] a) {        if (a == null)            return "null";        int iMax = this.size - 1;        if (iMax == -1)            return "[]";        StringBuilder b = new StringBuilder();        b.append(‘[‘);        for (int i = 0;; i++) {            b.append(String.valueOf(a[i]));            if (i == iMax)                return b.append(‘]‘).toString();            b.append(", ");        }    }    /**     * @TODO 驗證所給索引位置是否合法     * @param index 給出的索引位置     */    private void validateIndex(int index) {        if (index >= this.size || index <= 0) {            throw new RuntimeException("數組下標錯誤：" + index);        }    }    /**     * @TODO 判斷是否需要擴充順序表容量     * @param currentSize 當前順序表的大小     */    private void ensureSize(int currentSize) {        if (currentSize == capacity) {            this.capacity = (this.capacity * 3) / 2 + 1;            Object[] newData = new Object[this.capacity];            for (int i = 0; i < currentSize; i++) {                newData[i] = this.data[i];            }            this.data = newData;        }    }}

主要注意上述3個私人成員變數，如下：

// 順序表長度private int size;// 順序表中數組的初始化長度private int capacity;// 順序表預設數組為nullprivate Object[] data = null; 

如同注釋解釋的那樣，size用來表示順序表的長度，data用來表示數組,而capacity用來表示數組的長度.
相信data應該比較好理解，而對應的兩個長度變數相對難理解一些，下面解釋一下：

• size指的是對外界訪問這個順序表的長度時展示的值，是順序表中資料元素的個數，隨順序表插入和刪除操作而會進行改變；
• capacity表示的是data數組的長度，實際上也是整個順序表的容量，在順序表初始化的時候可以賦值，或者之後可以調用順序表的擴容來進行改變；
• size是小於等於capacity的。

這裡主要講講順序表的插入和刪除：
順序表的插入示範：

根據圖片可以看出插入一個元素後，插入位置之後的元素都需要向後移動一個位置。
刪除操作則是插入操作的逆過程，刪除位元置之後的元素都需要向前移動一個位置。

時間複雜度分析：

• 在順序表進行存入，尋找和修改時，平均時間複雜度都是O(1)；
• 而在進行插入和刪除操作時，最快時為O(1),最慢時為O(n)，所以平均時間複雜度為O(n)。

解釋：上述的存入和插入有區別，存入表示儲存在數組末尾，而插入表示插入在任意位置。

優缺點分析：
優點：

• 不用為表示表中資料元素之間的邏輯關係而增加額外的儲存空間；

• 可以快速的存取表中任意位置的元素。
  缺點：

• 插入和刪除操作需要移動大量元素；

• 當線性表的長度變化較大的時候，很難確定儲存空間的容量；
• 容易造成儲存空間的“片段”。

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