Java 데이터 구조 및 알고리즘: 실제 사례에 대한 자세한 설명

데이터 구조와 알고리즘은 프로그램 효율성을 위한 핵심 요소입니다. Java에서 일반적으로 사용되는 데이터 구조에는 배열, 연결 목록, 스택 및 이진 트리가 포함됩니다. 일반적인 알고리즘에는 빠른 정렬과 이진 검색이 포함됩니다. 이 기사에서는 실제 사례를 통해 이러한 개념을 간단하고 이해하기 쉬운 방식으로 설명합니다. 배열: 학생 점수와 같은 동일한 유형의 요소를 지속적으로 저장합니다. 연결 목록: 요소는 시뮬레이션된 대기열과 같은 포인터를 통해 연결됩니다. 스택: 함수 호출 추적과 같은 LIFO 원칙을 따릅니다. 이진 트리: 파일 시스템 디렉터리와 같은 트리 데이터 구조입니다. 빠른 정렬: 분할 및 정복 전략, 배열을 두 부분으로 나누고 별도로 정렬합니다. 이진 검색: 정렬된 배열에 대해 이진 검색을 수행하여 검색 범위를 좁힙니다.

Java 데이터 구조 및 알고리즘: 실제 사례에 대한 자세한 설명

소개

데이터 구조와 알고리즘은 컴퓨터 과학의 기초이며 프로그램의 효율성과 견고성을 결정합니다. 이 기사에서는 일련의 실제 사례를 사용하여 Java에서 일반적으로 사용되는 데이터 구조와 알고리즘을 간단하고 이해하기 쉬운 방식으로 설명합니다.

Array

정의: 연속적인 메모리 공간에 저장된 동일한 유형의 요소 모음입니다.

실용 사례: 학생 성적 저장

int[] scores = {90, 85, 78, 95, 82};

링크된 목록

정의: 요소가 포인터로 연결된 선형 데이터 구조입니다.

실용 사례: 시뮬레이트된 대기열

class Node {
    int value;
    Node next;
}

class Queue {
    Node head;
    Node tail;

    public void enqueue(int value) {
        Node newNode = new Node();
        newNode.value = value;
        if (head == null) {
            head = newNode;
            tail = newNode;
        } else {
            tail.next = newNode;
            tail = newNode;
        }
    }

    public int dequeue() {
        if (head == null) {
            throw new RuntimeException("Queue is empty");
        }

        int value = head.value;
        head = head.next;
        if (head == null) {
            tail = null;
        }
        return value;
    }
}

Stack

정의: LIFO(후입선출) 원칙을 따르는 선형 데이터 구조입니다.

실용 사례: Tracing 함수 호출

class Stack<T> {
    private List<T> elements = new ArrayList<>();

    public void push(T element) {
        elements.add(element);
    }

    public T pop() {
        if (elements.isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("Stack is empty");
        }
        return elements.remove(elements.size() -1);
    }

    public T peek() {
        if (elements.isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("Stack is empty");
        }
        return elements.get(elements.size() -1);
    }
}

이진 트리

정의: 루트 노드와 0개 이상의 하위 노드를 포함하는 트리 데이터 구조입니다.

실용 사례: 파일 시스템 디렉터리

class TreeNode {
    private String name;
    private List<TreeNode> children;

    // ... 其他代码
}

class FileSystem {
    private TreeNode root;

    // ... 其他代码
}

정렬 알고리즘

빠른 정렬

설명: 분할 및 정복 전략, 배열을 두 부분으로 나누고 별도로 정렬한 다음 병합합니다.

실용 사례: 숫자 집합 정렬

public static void quickSort(int[] arr) {
    if (arr == null || arr.length <= 1) {
        return;
    }

    int pivot = arr[0];
    int leftIndex = 0;
    int rightIndex = arr.length - 1;

    while (leftIndex < rightIndex) {
        while (arr[rightIndex] >= pivot && rightIndex > leftIndex) {
            rightIndex--;
        }
        arr[leftIndex] = arr[rightIndex];

        while (arr[leftIndex] <= pivot && rightIndex > leftIndex) {
            leftIndex++;
        }
        arr[rightIndex] = arr[leftIndex];
    }
    arr[leftIndex] = pivot;

    quickSort(arr, 0, leftIndex - 1);
    quickSort(arr, leftIndex + 1, arr.length - 1);
}

검색 알고리즘

이진 검색

설명: 순서가 지정된 배열에 대해 이진 검색을 수행하고 검색 범위를 단계별로 좁힙니다.

실용 사례: 배열에서 요소 찾기

public static int binarySearch(int[] arr, int target) {
    int left = 0;
    int right = arr.length - 1;

    while (left <= right) {
        int mid = (left + right) / 2;

        if (arr[mid] == target) {
            return mid;
        } else if (arr[mid] < target) {
            left = mid + 1;
        } else {
            right = mid - 1;
        }
    }
    return -1;
}

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