Cấu trúc dữ liệu trong Java - Bạn đã hiểu hết về cấu trúc dữ liệu?

Cấu trúc dữ liệu trong Java là gì?

Thuật ngữ cấu trúc dữ liệu đề cập đến một tập hợp dữ liệu với các hoạt động và hành vi hoặc thuộc tính được xác định rõ ràng. Cấu trúc dữ liệu là một cách duy nhất để lưu trữ hoặc tổ chức dữ liệu trong bộ nhớ máy tính để chúng ta có thể sử dụng nó một cách hiệu quả. Chúng tôi chủ yếu sử dụng Cấu trúc dữ liệu trong hầu hết mọi lĩnh vực của Khoa học máy tính, đó là Đồ họa máy tính, Hệ điều hành, Trí tuệ nhân tạo, Thiết kế trình biên dịch và nhiều lĩnh vực khác.

Sự cần thiết của cấu trúc dữ liệu trong Java

Khi lượng dữ liệu phát triển nhanh chóng, các ứng dụng trở nên phức tạp hơn và có thể phát sinh các vấn đề sau:

• Tốc độ xử lý: Do dữ liệu đang tăng lên từng ngày, nên cần phải xử lý tốc độ cao để xử lý lượng dữ liệu khổng lồ này, nhưng bộ xử lý có thể không xử lý được lượng dữ liệu nhiều đó.
• Tìm kiếm dữ liệu: Hãy xem xét một kho có kích thước 200 mặt hàng. Nếu ứng dụng của bạn cần tìm kiếm một mục cụ thể, nó cần phải duyệt qua 200 mục trong mỗi lần tìm kiếm. Điều này dẫn đến làm chậm quá trình tìm kiếm.
• Nhiều yêu cầu cùng một lúc: Giả sử, hàng triệu người dùng đang đồng thời tìm kiếm dữ liệu trên một máy chủ web, thì có khả năng máy chủ bị lỗi.

Để giải quyết các vấn đề trên, chúng ta sử dụng cấu trúc dữ liệu. Cấu trúc dữ liệu lưu trữ và quản lý dữ liệu theo cách mà dữ liệu cần thiết có thể được tìm kiếm ngay lập tức.

Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu trong Java

• Hiệu quả: Cấu trúc dữ liệu được sử dụng để tăng hiệu quả và hiệu suất của ứng dụng bằng cách tổ chức dữ liệu theo cách mà nó cần ít dung lượng hơn với tốc độ xử lý cao hơn.
• Khả năng tái sử dụng : Cấu trúc dữ liệu cung cấp khả năng tái sử dụng của dữ liệu, đó là sau khi thực hiện một cấu trúc dữ liệu cụ thể một lần, chúng ta có thể sử dụng nó nhiều lần ở bất kỳ nơi nào khác. Chúng ta có thể biên dịch việc triển khai các cấu trúc dữ liệu này thành các thư viện và khách hàng có thể sử dụng các thư viện này theo nhiều cách.
• Tính trừu tượng: Trong Java, ADT (Kiểu dữ liệu trừu tượng) được sử dụng để chỉ định cấu trúc dữ liệu. ADT cung cấp một mức độ trừu tượng. Chương trình khách chỉ sử dụng cấu trúc dữ liệu với sự trợ giúp của giao diện mà không cần biết về chi tiết triển khai.

Phân loại cấu trúc dữ liệu trong Java

• Cấu trúc dữ liệu tuyến tính: Trong cấu trúc dữ liệu tuyến tính, tất cả các phần tử được sắp xếp theo thứ tự tuyến tính hoặc tuần tự. Cấu trúc dữ liệu tuyến tính là cấu trúc dữ liệu mức đơn.
• Cấu trúc dữ liệu phi tuyến tính : Cấu trúc dữ liệu phi tuyến tính không sắp xếp dữ liệu theo cách tuần tự như trong cấu trúc dữ liệu tuyến tính. Cấu trúc dữ liệu phi tuyến tính là cấu trúc dữ liệu đa cấp.

Các loại cấu trúc dữ liệu trong Java

Mảng

Mảng, là cấu trúc dữ liệu đơn giản nhất, là một tập hợp các phần tử cùng kiểu được tham chiếu bằng một tên chung. Mảng bao gồm các vị trí bộ nhớ liền nhau. Địa chỉ đầu tiên của mảng thuộc phần tử đầu tiên và địa chỉ cuối cùng thuộc phần tử cuối cùng của mảng.

Một số điểm về mảng:

1. Mảng có thể có các mục dữ liệu thuộc các kiểu đơn giản và tương tự như int hoặc float, hoặc thậm chí là các kiểu dữ liệu do người dùng xác định như cấu trúc và đối tượng.
2. Kiểu dữ liệu chung của các phần tử mảng được gọi là kiểu cơ sở của mảng.
3. Mảng được coi là đối tượng trong Java.
4. Việc lập chỉ mục của biến trong một mảng bắt đầu từ 0.
5. Chúng ta phải xác định một mảng trước khi có thể sử dụng nó để lưu trữ thông tin.
6. Việc lưu trữ các mảng trong Java ở dạng phân bổ động trong vùng đống.
7. Chúng ta có thể tìm độ dài của mảng bằng cách sử dụng thành viên 'length'.
8. Kích thước của mảng phải là giá trị int.

Mảng có thể có 3 loại:

1. Mảng đơn chiều
2. Mảng hai chiều
3. Mảng đa chiều

Link list trong Java

Danh sách liên kết trong Java là một kiểu cấu trúc dữ liệu quan trọng khác. Danh sách được liên kết là một tập hợp các kiểu phần tử dữ liệu tương tự nhau, được gọi là các nút , trỏ đến các nút tiếp theo bằng con trỏ .

>>> Tham khảo: Khóa học lập trình Java

Tại sao lại cần sử dụng danh sách được liên kết:

Danh sách liên kết khắc phục được nhược điểm của mảng vì trong danh sách liên kết không cần xác định số lượng phần tử trước khi sử dụng nó, do đó việc cấp phát hoặc phân bổ bộ nhớ có thể được thực hiện trong quá trình xử lý theo yêu cầu, làm cho việc chèn và xóa dễ dàng hơn nhiều và đơn giản hơn.

Các loại danh sách được liên kết:

Hãy bắt đầu thảo luận chi tiết về từng loại này:

2.1 Danh sách liên kết đơn

Danh sách được liên kết đơn là danh sách được liên kết lưu trữ dữ liệu và tham chiếu đến nút tiếp theo hoặc giá trị null. Danh sách liên kết đơn còn được gọi là danh sách một chiều vì chúng chứa một nút với một con trỏ duy nhất trỏ đến nút tiếp theo trong chuỗi.

Có một con trỏ START lưu trữ địa chỉ đầu tiên của danh sách được liên kết. Con trỏ tiếp theo của nút cuối cùng hoặc nút kết thúc lưu trữ giá trị NULL, con trỏ này trỏ đến nút cuối cùng của danh sách mà không trỏ đến bất kỳ nút nào khác.

>>> Đọc thêm: Từ khóa Synchronized trong Java -Cú pháp và ví dụ trong Java

2.2 Danh sách được liên kết kép

Nó cũng giống như một danh sách được liên kết đơn với sự khác biệt là nó có hai con trỏ, một con trỏ đến nút trước đó và một con trỏ đến nút tiếp theo trong chuỗi. Do đó, danh sách được liên kết kép cho phép chúng ta xem xét theo cả hai hướng của danh sách.

2.3 Danh sách liên kết tròn

Trong Danh sách liên kết tròn, tất cả các nút sắp xếp để tạo thành một vòng tròn. Trong danh sách liên kết này, không có nút NULL ở cuối. Chúng ta có thể xác định bất kỳ nút nào là nút đầu tiên. Danh sách liên kết vòng rất hữu ích trong việc triển khai hàng đợi vòng tròn.

Stack Data structure

Stack là một cấu trúc dữ liệu LIFO (Last In First Out) có thể được triển khai vật lý dưới dạng một mảng hoặc dưới dạng danh sách được liên kết. Việc chèn và xóa các phần tử trong stack chỉ xảy ra ở đầu trên cùng. Việc chèn vào một stack được gọi là đẩy và xóa khỏi stack được gọi là popping.

Khi chúng ta triển khai một stack  dưới dạng một mảng, nó sẽ kế thừa tất cả các thuộc tính của một mảng và nếu chúng ta triển khai nó dưới dạng một danh sách được liên kết, nó sẽ nhận tất cả các thuộc tính của một danh sách được liên kết.

Các hoạt động phổ biến trên một stack là:

• Push (): Thêm một mục vào đầu stack.
• Pop (): Xóa mục khỏi đầu stack
• Peek (): Nó cho chúng ta biết những gì ở trên cùng của stack mà không cần loại bỏ nó. Đôi khi, chúng ta cũng có thể gọi nó là top ().

Kết luận: Cấu trúc dữ liệu rất hữu ích trong việc lưu trữ và tổ chức dữ liệu một cách hiệu quả. Trong bài viết trên, chúng ta đã thảo luận về một số Cấu trúc dữ liệu Java quan trọng như mảng, danh sách liên kết, stack, ví dụ của chúng. Bài viết này chắc chắn sẽ giúp ích cho bạn trong công việc Lập trình Java sau này. Tìm hiểu thêm về Java và các ngôn ngữ lập trình khác qua các khóa học lập trình tại Viện công nghệ thông tin T3H để trau dồi thêm kiến thức về lập trình bạn nhé!