Java基礎入門到實戰應用：演算法與資料結構實戰應用

演算法是解決問題的步驟集合，資料結構是有序儲存資料的組織方式，它們對於編寫高效程式至關重要。演算法常見類型包括搜尋、排序和圖論演算法。資料結構類型包括陣列、鍊錶、堆疊、佇列和集合。實戰應用中，可使用棧解決括號匹配問題，使用佇列解決生產者-消費者問題。

Java 基礎入門到實戰應用：演算法與資料結構實戰應用

什麼是演算法與資料結構？

演算法是解決特定問題的步驟集合，而資料結構是有組織地儲存和組織資料的方式。它們對於編寫高效且強大的程式至關重要。

常見演算法類型

• 搜尋演算法：用於尋找資料結構中的元素，例如線性搜尋和二分查找。
• 排序演算法：用於以特定順序排列資料結構，例如冒泡排序和歸併排序。
• 圖論演算法：用於解決涉及圖和網路的問題，例如深度優先搜尋和廣度優先搜尋。

常見資料結構類型

• #陣列：一組依索引組織的元素。
• 鍊錶：元素以線性方式連接在一起的集合。
• 堆疊：遵循後進先出 (LIFO) 原則的資料結構。
• 佇列：遵循先進先出 (FIFO) 原則的資料結構。
• 集合：一種儲存唯一元素的資料結構，例如 HashSet 和 TreeSet。

實戰案例：

使用堆疊解決括號匹配問題

考慮一個帶有各種類型的括號的字串，例如圓括號、方括號和大括號。為了檢查字串是否有效（所有括號都成對且正確匹配），我們可以使用堆疊。

Java 程式碼：

import java.util.Stack;

public class BracketMatcher {

    public static boolean isBalanced(String str) {
        Stack<Character> 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
    }
}

使用佇列解決生產者-消費者問題

考慮一個生產者和消費者執行緒共享一個隊列。生產者線程向隊列中添加商品，而消費者線程從隊列中移除商品。為了確保線程安全和避免競爭條件，我們可以使用佇列。

Java 程式碼：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

public class ProducerConsumer {

    private ArrayBlockingQueue<Integer> 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 < 10; i++) {
                pc.produce(i);
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                int item = pc.consume();
                if (item == -1) {
                    break; // 队列为空
                }
                System.out.println("Consumed: " + item);
            }
        }).start();
    }
}

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