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Java 數據結構是 Java 程序員必須掌握的重要知識之一。

數據結構是指數據在計算機中組織和存儲的方式，它是計算機科學中的基礎概念之一。

Java 提供了豐富的數據結構庫，例如數組、鏈表、棧、隊列、堆、二叉樹等等，這些數據結構在實際開發中非常常用。

本文將從理解數據結構的基本概念開始，介紹常見的數據結構和其應用，并提供實際案例來幫助讀者更好地掌握 Java 數據結構。

數據結構的基本概念

數據結構是指數據對象以及它們之間的關系在計算機中的組織和存儲方式。數據結構可以分為線性結構和非線性結構兩種。

1.1 線性結構

線性結構是指數據元素之間存在一對一的線性關系，即每個數據元素最多只有一個前驅和一個后繼。
常見的線性結構有數組、鏈表、棧和隊列等。

1.2 非線性結構

非線性結構是指數據元素之間存在多對多的關系，即一個數據元素可能有多個前驅和后繼。常見的非線性結構有樹和圖等。

常見數據結構及其應用

2.1 數組

數組是一種線性結構，它是由一組具有相同數據類型的元素組成的有限序列。
數組具有隨機訪問的特性，可以通過下標來訪問任意一個元素。
在 Java 中，數組是一種基本的數據類型，它的長度是固定的，一旦數組被創建，就不能再改變其長度。
數組的應用非常廣泛，例如用來存儲學生的成績、統計某個字符在字符串中出現的次數等。

2.2 鏈表

鏈表是一種線性結構，它由一系列節點組成，每個節點包含一個數據元素和一個指向下一個節點的指針。
鏈表具有插入和刪除元素的高效性，但訪問鏈表中的任意一個元素的效率比較低。
在 Java 中，鏈表通常分為單向鏈表、雙向鏈表和循環鏈表三種。
鏈表的應用非常廣泛，例如用來實現 LRU 緩存淘汰算法、實現高效的字符串匹配算法等。

2.3 棧

棧是一種后進先出（LIFO）的線性結構，它可以在棧頂進行插入和刪除操作。
棧通常用于實現遞歸算法、計算表達式、處理括號等場景。
在 Java 中，棧可以使用數組或鏈表來實現。

2.4 隊列

隊列是一種先進先出（FIFO）的線性結構，它可以在隊尾進行插入操作，在隊頭進行刪除操作。
隊列通常用于實現廣度優先搜索算法、任務調度等場景。
在 Java 中，隊列可以使用數組或鏈表來實現。

2.5 堆

堆是一種非線性結構，它通常用來實現優先隊列和排序算法。
堆分為最大堆和最小堆兩種，最大堆的根節點是堆中的最大元素，最小堆的根節點是堆中的最小元素。
在 Java 中，可以使用 PriorityQueue 類來實現堆。

2.6 二叉樹

二叉樹是一種非線性結構，它由節點組成，每個節點最多有兩個子節點，分別稱為左子節點和右子節點。
二叉樹可以用來實現搜索算法、構建哈夫曼樹、實現字典樹等場景。
在 Java 中，可以使用 BinaryTree 類來實現二叉樹。

實際案例

下面通過一個實際案例來說明 Java 數據結構的應用。

假設有一個電商網站，需要對每個用戶的訪問記錄進行統計，例如每個用戶訪問了哪些商品，訪問時間等。
為了實現這個功能，可以使用一個哈希表來存儲用戶和訪問記錄之間的映射關系。
其中，哈希表的鍵是用戶 ID，值是一個鏈表，鏈表中存儲了用戶訪問的所有商品 ID。

代碼示例：

import java.util.*;
public class VisitRecord {
  private Map< Integer, List< Integer >> map;
  public VisitRecord() {
      map = new HashMap<  >();
  }

  public void addRecord(int userId, int productId) {
      List< Integer > list = map.get(userId);
      if (list == null) {
          list = new LinkedList<  >();
          map.put(userId, list);
      }
      list.add(productId);
  }
  public List< Integer > getRecord(int userId) {
      return map.get(userId);
  }
}