数据结构(Java)——迭代器和列表的实例

感谢Java软件结构与数据结构 John Lewis Joseph chase 著 金名译

0. 迭代器关键概念（补充理解）

【1】迭代器是一个对象，它提供了一种依次访问集合中每个元素的方式。
【2】经常把集合定义为Iterable的，说明需要时可以提供一个迭代器。
【3】迭代器可选方法remove使得它可以remove一个元素，而无需再遍历集合。
【4】大多数迭代器是fail-fast的，当迭代器人在使用之时，如果修改集合，将抛出一个异常。
【5】不能假设迭代器访问元素的顺序，除非显式声明。
【6】迭代器往往实现为它所属的集合的内部类。
【7】迭代器检查修改技术，以确保与集合的修改计数保持一致。
【8】for-each循环只能够用于实现了iterator接口的集合中，
【9】如果不是要处理集合中的所有元素或者如果要使用迭代器的remove方法，可以使用显式迭代器而不是for-each循环。
【10】如果底层集合不是由迭代器本身进行修改的，fail-fast迭代器将快速而清晰地发生失败。
【11】fail-fast的实现：在后继的操作中，迭代器会通知集合的修改计数，确保该值不会被修改。如果改了，迭代器就会抛出ConcurrentModificationException异常。

2. Java集合API列表

Java集合API提供的列表类主要是支持索引列表。在一定程度上，这些类同无序列表是重叠的。JavaAPI中没有实现事实上的有序列表。
【1】ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。
【2】对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
【3】对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
ArrayList和LinkedList都实现了java.util.List接口。

3. 使用无序列表：学习计划

Course.java

package ds.java.ch06;

import java.io.Serializable;

/** 
 * @author LbZhang
 * @version 创建时间：2015年11月18日 上午10:19:57 
 * @description 类说明
 */
public class Course implements Serializable{

    private String prefix;
    private int number;
    private String title;
    private String grade;
    public Course(String prefix, int number, String title, String grade) {
        super();
        this.prefix = prefix;
        this.number = number;
        this.title = title;
        if(grade==null){
            this.grade = "";
        }else{
            this.grade = grade;
        }

    }

    public Course(String prefix, int number, String title)
    {
        this(prefix, number, title, "");
    }

    public String getPrefix() {
        return prefix;
    }

    public void setPrefix(String prefix) {
        this.prefix = prefix;
    }

    public int getNumber() {
        return number;
    }

    public void setNumber(int number) {
        this.number = number;
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }

    public String getGrade() {
        return grade;
    }

    public void setGrade(String grade) {
        this.grade = grade;
    }
    /**
     * Returns true if this course has been taken  
     * 
     * @return true if this course has been taken and false otherwise
     */
    public boolean taken()
    {
        return !grade.equals("");
    }

    public boolean equals(Object other)
    {
        boolean result = false;
        if (other instanceof Course)
        {
            Course otherCourse = (Course) other;
            if (prefix.equals(otherCourse.getPrefix()) &&
                    number == otherCourse.getNumber())
                result = true;
        }
        return result;
    }


    public String toString()
    {
        String result = prefix + " " + number + ": " + title;
        if (!grade.equals(""))
            result += "  [" + grade + "]";
        return result;
    }

}

ProgramOfStudy.java

package ds.java.ch06;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * @author LbZhang
 * @version 创建时间：2015年11月17日 上午11:30:41
 * @description 类说明
 */
public class ProgramOfStudy implements Iterable<Course>, Serializable {
    private List<Course> list;

    public ProgramOfStudy() {
        list = new LinkedList<Course>();
    }


    public void addCourse(Course course) {
        if (course != null)
            list.add(course);
    }

    public Course find(String prefix, int number) {
        for (Course course : list)
            if (prefix.equals(course.getPrefix())
                    && number == course.getNumber())
                return course;

        return null;
    }

    /**
     * 在某个元素之后添加元素
     * @param target
     * @param newCourse
     */
    public void addCourseAfter(Course target, Course newCourse) {
        if (target == null || newCourse == null)
            return;

        int targetIndex = list.indexOf(target);//获取索引
        if (targetIndex != -1)
            list.add(targetIndex + 1, newCourse);
    }

    public void replace(Course target, Course newCourse) {
        if (target == null || newCourse == null)
            return;

        int targetIndex = list.indexOf(target);
        if (targetIndex != -1)
            list.set(targetIndex, newCourse);
    }

    public String toString() {
        String result = "";

        for (Course course : list)
            result += course + "
";
        return result;
    }

    public Iterator<Course> iterator() {
        return list.iterator();
    }


    public void save(String fileName) throws IOException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
        oos.writeObject(this);
        oos.flush();
        oos.close();
    }


    public static ProgramOfStudy load(String fileName) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
        ProgramOfStudy pos = (ProgramOfStudy) ois.readObject();
        System.out.println(pos);
        ois.close();

        return pos;
    }

}

POSTester.java

package ds.java.ch06;
import java.io.IOException;

/**
 * @author LbZhang
 * @version 创建时间：2015年11月18日 上午9:46:48
 * @description 类说明
 */
public class POSTester {
    public static void main(String[] args) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        ProgramOfStudy pos = new ProgramOfStudy();
        pos.addCourse(new Course("CS", 101, "Introduction to Programming", "A-"));
        pos.addCourse(new Course("ARCH", 305, "Building Analysis", "A"));
        pos.addCourse(new Course("GER", 210, "Intermediate German"));
        pos.addCourse(new Course("CS", 320, "Computer Architecture"));
        pos.addCourse(new Course("THE", 201, "The Theatre Experience"));

        Course arch = pos.find("CS", 320);
        pos.addCourseAfter(arch, new Course("CS", 321, "Operating Systems"));

        Course theatre = pos.find("THE", 201);
        theatre.setGrade("A-");

        Course german = pos.find("GER", 210);
        pos.replace(german, new Course("FRE", 110, "Beginning French", "B+"));

        System.out.println(pos);

        pos.save("ProgramOfStudy");
//      pos = pos.load("ProgramOfStudy");
//      System.out.println(pos);

    }

}

4. 约瑟夫问题

4.1 索引列表实现

package ds.java.ch06;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;

/**
 * @author LbZhang
 * @version 创建时间：2015年11月18日 上午11:18:20
 * @description 约瑟夫问题
 * 
 */
public class Josephus {

    public static void main(String[] args) {

        int numPeople, skip, targetIndex;
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        Scanner in = new Scanner(System.in);

        // get the initial number of soldiers
        System.out.print("Enter the number of soldiers: ");
        numPeople = in.nextInt();
        in.nextLine();

        // get the number of soldiers to skip
        System.out.print("Enter the number of soldiers to skip: ");
        skip = in.nextInt();

        if(numPeople<skip){
            System.out.println("**不能进行约瑟夫环**");
            return ;
        }

        // load the initial list of soldiers
        for (int count = 1; count <= numPeople; count++) {
            list.add("Soldier " + count);
        }

        //now location index
        targetIndex = skip;
        System.out.println("The order is: ");

        // Treating the list as circular, remove every nth element
        // until the list is empty
        while (list.size()>2) {
            System.out.println(list.remove(targetIndex));
            if (list.size() > 0)
                targetIndex = (targetIndex + skip) % list.size();
        }
        System.out.println(list);
    }

}

4.2 数组实现

package ds.java.ch06;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author LbZhang
 * @version 创建时间：2015年11月18日 下午12:23:55
 * @description 类说明
 */
public class MyJosephus {

    private int total;// 总人数
    private int numCount;// 从当前开始第几个出列
    private int beginNum;// 开始编号

    private int[] solider;// 士兵队列
    private int[] outSequence;// 出队次序

    public MyJosephus(int total, int numCount, int beginNum) {
        super();
        this.total = total;
        this.numCount = numCount;
        this.beginNum = beginNum;
        this.solider = new int[total];
        // 初始化
        for (int i = 0; i < solider.length; i++) {
            solider[i] = i;
        }
        this.outSequence = new int[total];
    }

    public void exec() {
        int counter = 0;// /标价变量
        int i = this.beginNum;
        int j = 0;
        int killperson = 0;



        while (true) {
            if (solider[i] != -1) {// pserson[i]的值是-1，代表出环
                // 没有出环，计数器加1
                counter++;
                // 判定是否数目达到numCount
                if ((counter) % numCount == 0) {
                    outSequence[j++] = i + 1;// 填入队列
                    killperson++;
                    solider[i] = -1;// 杀死当前编号士兵
                }
            }
            i = (i + 1) % total;// 向后遍历
            if (killperson == total) {
                break;
            }
        }

        System.out.println("出环按顺序为：");
        for (int k = 0; k < outSequence.length; k++) {
            // 输出出环顺序
            System.out.print(outSequence[k] + " ");
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        int total = 0;
        int numCount = 0;
        int begin = 0;
        Scanner scn = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("Input total num:");
            total = scn.nextInt();
            System.out.println("Input numCount:");
            numCount = scn.nextInt();
            System.out.println("Input begin:");
            begin = scn.nextInt();
            if (total != 0 && numCount != 0 && total > numCount) {
                MyJosephus mj = new MyJosephus(total, numCount, begin);
                mj.exec();
                break;
            } else {
                System.out.println("您输入的数据不合理，请重试！");
            }
        }

    }

}

输出结果：