算法是解决问题的步骤集合,数据结构是有序存储数据的组织方式,它们对于编写高效程序至关重要。算法常见类型包括搜索、排序和图论算法。数据结构类型包括数组、链表、栈、队列和集合。实战应用中,可使用栈解决括号匹配问题,使用队列解决生产者-消费者问题。
Java 基础入门到实战应用:算法与数据结构实战应用
什么是算法和数据结构?
算法是解决特定问题的步骤集合,而数据结构是有组织地存储和组织数据的方式。它们对于编写高效而强大的程序至关重要。
常见算法类型
- 搜索算法:用于查找数据结构中的元素,例如线性搜索和二分查找。
- 排序算法:用于以特定顺序排列数据结构,例如冒泡排序和归并排序。
- 图论算法:用于解决涉及图和网络的问题,例如深度优先搜索和广度优先搜索。
常见数据结构类型
- 数组:一组按索引组织的元素。
- 链表:元素以线性方式连接在一起的集合。
- 栈:遵循后进先出 (LIFO) 原则的数据结构。
- 队列:遵循先进先出 (FIFO) 原则的数据结构。
- 集合:一种存储唯一元素的数据结构,例如 HashSet 和 TreeSet。
实战案例:
使用栈解决括号匹配问题
考虑一个带有各种类型的括号的字符串,例如圆括号、方括号和大括号。为了检查字符串是否有效(所有括号都成对且正确匹配),我们可以使用栈。
Java 代码:
import java.util.Stack; public class BracketMatcher { public static boolean isBalanced(String str) { Stack stack = new Stack(); for (char c : str.toCharArray()) { if (isOpen(c)) { stack.push(c); } else if (isClose(c)) { if (stack.isEmpty() || !isMatch(stack.pop(), c)) { return false; } } } return stack.isEmpty(); } private static boolean isOpen(char c) { return c == '(' || c == '[' || c == '{'; } private static boolean isClose(char c) { return c == ')' || c == ']' || c == '}'; } private static boolean isMatch(char open, char close) { return (open == '(' && close == ')') || (open == '[' && close == ']') || (open == '{' && close == '}'); } public static void main(String[] args) { String str1 = "()[]{}"; String str2 = "([)]"; System.out.println(isBalanced(str1)); // true System.out.println(isBalanced(str2)); // false } }
使用队列解决生产者-消费者问题
考虑一个生产者和消费者线程共享一个队列。生产者线程向队列中添加商品,而消费者线程从队列中移除商品。为了确保线程安全和避免竞争条件,我们可以使用队列。
Java 代码:
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; public class ProducerConsumer { private ArrayBlockingQueue queue; public ProducerConsumer(int capacity) { queue = new ArrayBlockingQueue(capacity); } // 生产者线程 public void produce(int item) { try { queue.put(item); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 消费者线程 public int consume() { try { return queue.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); return -1; // 作为错误标志 } } public static void main(String[] args) { ProducerConsumer pc = new ProducerConsumer(5); new Thread(() -> { for (int i = 0; i { while (true) { int item = pc.consume(); if (item == -1) { break; // 队列为空 } System.out.println("Consumed: " + item); } }).start(); } }
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