「JavaSE」-数组

数组

数组概述

数组的定义：

• 数组是相同类型数据的有序集合.

• 数组描述的是相同类型的若干个数据,按照一定的先后次序排列组合而成。

• 其中,每一个数据称作一个数组元素,每个数组元素可以通过一个下标来访问它们.

数组的四个基本特点：

1. 其长度是确定的。数组一旦被创建，它的大小就是不可以改变的。
2. 其元素必须是相同类型,不允许出现混合类型。
3. 数组中的元素可以是任何数据类型，包括基本类型和引用类型。
4. 数组变量属引用类型，数组也可以看成是对象，数组中的每个元素相当于该对象的成员变量。数组本身就是对象，Java中对象是在堆中的，因此数组无论保存原始类型还是其他对象类型，数组对象本身是在堆中的。

数组声明创建

1、声明数组

首先必须声明数组变量，才能在程序中使用数组。下面是声明数组变量的语法：

dataType[] arrayRefVar; // 首选的方法
或
dataType arrayRefVar[]; // 效果相同，但不是首选方法

建议使用 dataType[] arrayRefVar 的声明风格声明数组变量。 dataType arrayRefVar[] 风格是来自C/C++ 语言 ，在Java中采用是为了让 C/C++ 程序员能够快速理解java语言。

double[] myList; // 首选的方法
或
double myList[]; // 效果相同，但不是首选方法

2、创建数组

Java语言使用new操作符来创建数组，语法如下：

arrayRefVar = new dataType[arraySize];

上面的语法语句做了两件事：

• 一、使用 dataType[arraySize] 创建了一个数组。

• 二、把新创建的数组的引用赋值给变量 arrayRefVar。

数组变量的声明，和创建数组可以用一条语句完成，如下所示：

dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];

数组的元素是通过索引访问的。数组索引从 0 开始，所以索引值从 0 到 arrayRefVar.length-1。

获取数组长度：

arrays.length

【演示创建一个数组，并赋值，进行访问】

public static void main(String[] args) {
    //1.声明一个数组
    int[] myList = null;
    //2.创建一个数组
    myList = new int[10];
    //3.像数组中存值
    myList[0] = 1;
    myList[1] = 2;
    myList[2] = 3;
    myList[3] = 4;
    myList[4] = 5;
    myList[5] = 6;
    myList[6] = 7;
    myList[7] = 8;
    myList[8] = 9;
    myList[9] = 10;
    // 计算所有元素的总和
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
    		total += myList[i];
    }
    System.out.println("总和为： " + total);
}

3、内存分析

Java内存分析 ：

1. 声明的时候并没有实例化任何对象，只有在实例化数组对象时，JVM才分配空间，这时才与长度有关。因此，声明数组时不能指定其长度(数组中元素的个数)，例如： int a[5]; //非法

1. 声明一个数组的时候并没有数组被真正的创建。

1. 构造一个数组，必须指定长度

//1.声明一个数组
int[] myList = null;

//2.创建一个数组
myList = new int[10];

//3.像数组中存值
myList[0] = 1;
myList[1] = 2;
myList[2] = 3;
myList[3] = 4;
myList[4] = 5;
myList[5] = 6;
myList[6] = 7;
myList[7] = 8;
myList[8] = 9;
myList[9] = 10;

4、三种初始化

• 静态初始化

除了用new关键字来产生数组以外,还可以直接在定义数组的同时就为数组元素分配空间并赋值。

int[] a = {1,2,3};
Man[] mans = {new Man(1,1),new Man(2,2)};

• 动态初始化

数组定义、为数组元素分配空间、赋值的操作、分开进行。

int[] a = new int[2];
a[0]=1;
a[1]=2;

• 数组的默认初始化

数组是引用类型，它的元素相当于类的实例变量，因此数组一经分配空间，其中的每个元素也被按照实例变量同样的方式被隐式初始化。

public static void main(String[] args) {
    int[] a=new int[2];
    boolean[] b = new boolean[2];
    String[] s = new String[2];
    System.out.println(a[0]+":"+a[1]); //0,0
    System.out.println(b[0]+":"+b[1]); //false,false
    System.out.println(s[0]+":"+s[1]); //null, null
}

5、数组边界

下标的合法区间：[0, length-1]，如果越界就会报错；

public static void main(String[] args) {
    int[] a=new int[2];
    System.out.println(a[2]);
}

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2
	at com.kuang.chapter3.Demo03.main(Demo03.java:6)

ArrayIndexOutOfBoundsException : 数组下标越界异常！

6、小结

• 数组是相同数据类型(数据类型可以为任意类型)的有序集合

• 数组也是对象。数组元素相当于对象的成员变量

• 数组长度的确定的，不可变的。如果越界，则报：ArrayIndexOutofBounds

数组使用

数组的元素类型和数组的大小都是确定的，所以当处理数组元素时候，我们通常使用基本循环或者 For-Each 循环。

【该实例完整地展示了如何创建、初始化和操纵数组】

public class TestArray {
  public static void main(String[] args) {
    double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
    
    // 打印所有数组元素
    for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
      System.out.println(myList[i] + " ");
    }
    // 计算所有元素的总和
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
      total += myList[i];
    }
    System.out.println("Total is " + total);
    
    // 查找最大元素
    double max = myList[0];
    for (int i = 1; i < myList.length; i++) {
      if (myList[i] > max) {
        max = myList[i];
      }
    }
    System.out.println("Max is " + max);
  }
}

1、For-Each循环

JDK 1.5 引进了一种新的循环类型，被称为 For-Each 循环或者加强型循环，它能在不使用下标的情况下遍历数组。

语法格式如下：

for(type element: array){
		System.out.println(element);
}

【示例】

public static void main(String[] args) {
  double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
  // 打印所有数组元素
  for (double element: myList) {
    System.out.println(element);
  }
}

2、数组作方法入参

数组可以作为参数传递给方法。

例如，下面的例子就是一个打印 int 数组中元素的方法 :

public static void printArray(int[] array) {
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    System.out.print(array[i] + " ");
  }
}

3、数组作返回值

public static int[] reverse(int[] list) {
  int[] result = new int[list.length];
  for (int i = 0, j = result.length - 1; i < list.length; i++, j--) {
    result[j] = list[i];
  }
  return result;
}

以上实例中 result 数组作为函数的返回值。

多维数组

多维数组可以看成是数组的数组，比如二维数组就是一个特殊的一维数组，其每一个元素都是一个一维数组。

• 多维数组的动态初始化（以二维数组为例）

直接为每一维分配空间，格式如下：

type[][] typeName = new type[typeLength1][typeLength2];

type 可以为基本数据类型和复合数据类型，arraylenght1 和 arraylenght2 必须为正整数，arraylenght1 为行数，arraylenght2 为列数。

比如定义一个二维数组：

int a[][] = new int[2][5];

解析：二维数组 a 可以看成一个两行三列的数组。

• 多维数组的引用（以二维数组为例）

对二维数组中的每个元素，引用方式为 arrayName[index1] [index2]，例如：num[1] [0];其实二维甚至多维数组十分好理解，我们把两个或者多个值当做定位就好。

原来的数组就是一条线，我们知道一个位置就好;二维就是一个面，两点确定一个位置;三维呢，就需要三个点来确定......依次理解即可！

• 获取数组长度：

a.length获取的二维数组第一维数组的长度，a[0].length才是获取第二维第一个数组长度。

Arrays类

数组的工具类java.util.Arrays

由于数组对象本身并没有什么方法可以供我们调用,但API中提供了一个工具类Arrays供我们使用,从而可以对数据对象进行一些基本的操作。

文档简介：

Arrays类中的方法都是static修饰的静态方法,在使用的时候可以直接使用类名进行调用,而"不用"使用对象来调用(注意:是"不用" 而不是 "不能")

java.util.Arrays 类能方便地操作数组. 使用之前需要导包！

具有以下常用功能：

• 给数组赋值：通过 fill 方法。

• 对数组排序：通过 sort 方法,按升序。

• 比较数组：通过 equals 方法比较数组中元素值是否相等。

• 查找数组元素：通过 binarySearch 方法能对排序好的数组进行二分查找法操作。

具体说明请查看下表：

1、打印数组

Arrays.toString()

public static void main(String[] args) {
  int[] a = {1,2};
  System.out.println(a); //[I@1b6d3586
  System.out.println(Arrays.toString(a)); //[1, 2]
}

2、 数组排序

对指定的 int 型数组按数字升序进行排序

Arrays.sort()

public static void main(String[] args) {
  int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
  System.out.println(Arrays.toString(a));
  Arrays.sort(a);
  System.out.println(Arrays.toString(a));
}

3、二分法查找

• 在数组中查找指定元素并返回其下标

注意：使用二分搜索法来搜索指定的数组，以获得指定的值。必须在进行此调用之前对数组进行排序(通过sort方法等)。如果没有对数组进行排序，则结果是不确定的。

• 如果数组包含多个带有指定值的元素，则无法保证找到的是哪一个。

Arrays.binarySearch(a, 12)

public static void main(String[] args) {
  int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
  Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序
  System.out.println("该元素的索引："+Arrays.binarySearch(a, 12));
}

4、元素填充

Arrays.fill(a, 2, 4, 100); //将2到4索引的元素替换为100

public static void main(String[] args) {
  int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
  Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序
  Arrays.fill(a, 2, 4, 100); //将2到4索引的元素替换为100
  System.out.println(Arrays.toString(a));
}

5、数组转换为List集合

Arrays.asList(a)

int[] a = {3,5,1,9,7};
List list = Arrays.asList(a);

常见排序算法

1、冒泡排序

• 冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。

• 它重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的元素，如果他们的顺序（如从大到小、首字母从A到Z）错误就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行直到没有相邻元素需要交换。

冒泡排序算法的原理如下：

1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
2. 对每一对相邻元素做同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。
3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。

import java.util.Arrays;

//冒泡排序：
//1.比较数组中两个相邻的元素，如果第一个比第二个大，就交换他们的位置；
//2.每一次比较，都会产生一个最大，或者最小的数字；
//3.下一轮则可以少一次排序；
//4.依次循环，知道结束！
public class ArrayDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1, 4, 5, 11, 3, 2, 56, 34, 222, 6, 33};

        //调用我们自己写的排序方法后，返回一个排序后的数组
        int[] sort = sort(a);
        System.out.println(Arrays.toString(sort));

    }

    public static int[] sort(int[] array) {
        //临时变量
        int temp = 0;

        //外层循环，判断我们要走多少次
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            //内层循环，比较判断两个数，如果第一个数比第二个数大，则交换位置
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j + 1] < array[j]) {
                    temp = array[j];
                    array[j] = array[j + 1];
                    array[j + 1] = temp;
                }

            }

        }
        return array;
    }
}

• 冒泡排序两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，相对比较简单。

• 时间复杂度O(n2)

• 如何优化？

class Bubble {
  public int[] sort(int[] array) {
    int temp = 0;
    // 外层循环，它决定一共走几趟 //-1为了防止溢出
    for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
      boolean flag = false; //通过flag标识位可以减少无谓的比较，如果已经有序了，就退出循环
      //内层循环，它决定每趟走一次
      for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
        //如果后一个大于前一个,则换位
        if (array[j + 1] > array[j]) {
          temp = array[j];
          array[j] = array[j + 1];
          array[j + 1] = temp;
          flag = true;
        }
      }
      if (flag == false) {
        break;
      }
    }
    return array;
  }
  public static void main(String[] args) {
    Bubble bubble = new Bubble();
    int[] array = {2, 5, 1, 6, 4, 9, 8, 5, 3, 1, 2, 0};
    int[] sort = bubble.sort(array);
    for (int num : sort) {
      System.out.print(num + "\t");
    }
  }
}

2、选择排序

选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到排序序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素排完。 选择排序是不稳定的排序方法。

class SelectSort{
  public int[] sort(int arr[]) {
    int temp = 0;
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {// 认为目前的数就是最小的, 记
      录最小数的下标
        int minIndex = i;
      for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
        if (arr[minIndex] > arr[j]) {// 修改最小值的下标
          minIndex = j;
        }
      }// 当退出for就找到这次的最小值,就需要交换位置了
      if (i != minIndex) {//交换当前值和找到的最小值的位置
        temp = arr[i];
        arr[i] = arr[minIndex];
        arr[minIndex] = temp;
      }
    }
    return arr;
  }
  public static void main(String[] args) {
    SelectSort selectSort = new SelectSort();
    int[] array = {2, 5, 1, 6, 4, 9, 8, 5, 3, 1, 2, 0};
    int[] sort = selectSort.sort(array);
    for (int num : sort) {
      System.out.print(num + "\t");
    }
  }
}

稀疏数组

Java实现稀疏数组

需求：编写五子棋游戏中，有存盘退出和续上盘的功能。

分析问题：因为该二维数组的很多值是默认0，因此记录了很多没有意义的数据。

解决：稀疏数组

稀疏数组是一种数据结构。

• 当一个数组中大部分元素为0，或者为同一值的数组时，可以使用稀疏数组来保存数组。

• 稀疏数组的处理方式是：
  • 记录数组一共有几行几列，有多少个不同值；
  • 把具有不同值的元素和行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模。
  • 如下图，左边是原始数组，右边是稀疏数组

• [0] 一共6行7列，8个有效值；

• [1]    第0行第三列，有效数字是22；

• 依次类推

package com.wang.array;

public class ArrayDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建一个二维数组 11*11
        //0：没有棋子  1：黑棋  2：白棋
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 2;

        //输出原始的数组
        System.out.println("输出原始的数组为：");

        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "	");
            }
            System.out.println();
        }

        System.out.println("====================");

        //转换为稀疏数组保存
        //1.获取有效值的个数
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            for (int j = 0; j < 11; j++) {
                if (array1[i][j] != 0) {
                    sum++;
                }
            }

        }
        System.out.println("有效值的个数：" + sum);

        //2.创建一个稀疏数组的数组
        int[][] array2 = new int[sum + 1][3];

        array2[0][0] = 11;
        array2[0][1] = 11;
        array2[0][2] = sum;

        //3.遍历二维数组，将非零的值存放在稀疏数组中
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
                if (array1[i][j] != 0) {
                    count++;
                    array2[count][0] = i;
                    array2[count][1] = j;
                    array2[count][2] = array1[i][j];
                }
            }
        }
        //4.输出稀疏数组
        System.out.println("稀疏数组是：");

        for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
            System.out.println(array2[i][0]+"	"
                            +array2[i][1]+"	"
                            +array2[i][2]+"	");
        }


        System.out.println("===================");
        System.out.println("稀疏数组还原");

        //1.读取稀疏数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];

        //2.给其中的元素还原它的值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]]=array2[i][2];
        }

        //3.打印
        System.out.println("输出原始数组为：");

        for (int[] ints:array3) {
            for (int anInt:ints){
                System.out.print(anInt+"	");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

输出结果：

输出原始的数组为：
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	2	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
====================
有效值的个数：2
稀疏数组是：
11	11	2	
1	2	1	
2	3	2	
===================
稀疏数组还原
输出原始数组为：
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	2	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0