javaSE 数组的定义与使用
文章目录
- 一、数组是什么？
- 二、数组的使用
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- 2.1创建与初始化
-
- 动态初始化
- 静态初始化
- 2.2数组的使用
- 2.3遍历数组
-
- 索引从0开始的原因
- 数组越界
- 两种遍历数组的区别
- 三、数组作为引用数据类型
-
- 3.1数组作为方法参数
- 3.2引用数据类型的理解（重难点）
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- 练习 实现一个copyOf的方法
- 3.3认识null
- 四、数组练习
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- 4.1数组转换为字符串
- 4.2数组copyOf方法
- 4.3找数组中最大元素
- 4.3二分查找（重点）
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- 二分查找（递归思路）
- 4.4判断是否是一个有序数组（重点，找反例）
- 4.5冒泡排序（重点）
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- 优化冒泡排序（易错点）
- 4.6数组逆序
- 4.7数组的数字排列问题（重难点，双引用）
- 五、数组面试题（简单）
-
- 5.1 leetcode两数之和
- 5.2 leetcode136 只出现一次的数字
- 5.3 leetcode169 多数元素
-
- 摩尔投票法（重点掌握）
- 5.4 leetcode1550 存在三个连续奇数
一、数组是什么？
一次定义N个相同数据类型的变量，我们就把这种结构称之为数组。
在Java中, 数组中包含的变量必须是相同类型
二、数组的使用
2.1创建与初始化
动态初始化
静态初始化
2.2数组的使用
2.3遍历数组
索引从0开始的原因
数组越界
下标访问操作不能超出有效范围 [0, length - 1] , 如果超出有效范围, 会出现下标越界异常。
两种遍历数组的区别
注意事项：1.for循环遍历数组，边界条件一定不能取到arr.length
2.for循环的i是索引下标，for-each中的i是个临时变量
3.for-each拿到的数组元素不能被修改，for循环可以修改
三、数组作为引用数据类型
3.1数组作为方法参数
3.2引用数据类型的理解（重难点）
注意事项：方法中的局部变量和形参都在栈中存储
方法调用结束就会出栈，例如下图中的蓝色方框swap方法
数组引用：
创建的对象都在堆中，实实在在存在的，引用名称是保存在栈中的，里面保存元素存储的地址。此时调用swapArr方法，压入栈中，里面也保存指向堆内存数组的地址。
数组引用进阶：此时swap方法中传递的形参还是main方法中arr在堆内存中的地址了（图中紫色箭头所示），但是传入在swap方法中arr又指向new的新对象的地址（图中红色横线所示），swap里的arr和mian方法中的arr虽然数值和名称相同，但是是两个完全不同的对象（新对象就是堆内存中的灰色方框）。所以此时swap交换的并不是main方法的arr。当方法调用结束后，swap中arr引用就释放了（图中紫色方框弹出栈顶）但是对象还存在。详情看图中的内存情况。
记住：看见new关键字，一定在堆内存开辟了一个新的空间
解决方法：swap方法修改返回值类型为整形数组，并且最后return交换的数组返回main方法中，main方法中用一个新入栈的ret引用接收。
内存分析：在栈中压入一个swap中的arr引用指向新地址（0x300）。交换后的地址（0x300）交给压入栈中的新引用ret。方法调用结束后swap中arr就弹出栈顶。
练习 实现一个copyOf的方法
//实现一个copyOf方法
public static int[] copyOf(int[] arr){
int[] newArr=new int[arr.length];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
newArr[i]=arr[i];
}
return newArr;
}
如何证明新数组不是原来的数组？
只需要修改原数组arr【0】=一个新的val，再打印原数组，看看val是否发生变化即可。
内存分析：方法内部创建新数组，和原数组大小，内容完全相同，只是堆内存地址不同。
3.3认识null
null 在 Java 中表示 “空引用” , 也就是一个无效的引用
int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);
// 执行结果 Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at Test.main(Test.java:6)
四、数组练习
4.1数组转换为字符串
//自己实现一个toString方法
public static String arr2String(int[] arr){
String str="[";
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
str+=arr[i];
//最后一个要特殊处理，不加逗号
if(i!= arr.length-1){
str+=",";
}
}
return str;
}
4.2数组copyOf方法
当拷贝的新数组小于原数组长度时：
当拷贝的新数组大于原数组长度时：
注意是默认值，不是0，比如double就是0.0！
补充：数组的区间拷贝
4.3找数组中最大元素
public static int max(int[] arr) {
int max = arr[0];
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
if (arr[i] > max) {
max = arr[i];
}
}
return max;
}
4.3二分查找（重点）
条件：只能在有序的数组中才可以使用
绿色字体为二分查找的基本思想
循环的终止条件：
一定是left小于等于right
如果left==right，这个索引位置一定还有一个元素
还需要注意int mid一定是在while循环内定义的，每次循环左边界或者右边界都会发生变化
二分查找是一个对数级别算法:
二分查找（递归思路）
/**
* 进阶-递归二分查找
* 语义：在数组data的区间left--right中查找目标元素val，返回数组下标
* */
public static int binaryRecursion(int[] data,int val,int left,int right){
//边界条件
if(left>right){
//空区间找不到，直接返回-1；
return -1;
}
int mid=(left+right)/2;
if(data[mid]==val){
return mid;
}else if(val<data[mid]){
//小于区间右侧元素
//根据语义：剩下的做区间交给子方法去找
return binaryRecursion(data,val,left,mid-1);
}
//同理
return binaryRecursion(data,val,mid+1,right);
}
4.4判断是否是一个有序数组（重点，找反例）
易错点：循环边界条件一定是arr.length-1，保证i+1（最大值）不可以越界
/* *
* 判断数组是否有序
* */
public static boolean isSortArray(int[] data){
for (int i = 0; i < data.length-1; i++) {
if(data[i]>data[i+1]){
//找到一个反例
return false;
}
}
return true;
}
4.5冒泡排序（重点）
代码示例：
/**
* 冒泡排序
* */
public static void bubbleSort(int[] data){
//待排序的元素，就是数组内所有元素，排好一个就加一个
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
//当前元素需要比较的次数
//-1是为了防止比较时数组越界
//-i可以理解为减去已经排好的元素
for (int j = 0; j < data.length-1-i; j++) {
//比较前一个元素与后一个元素
if(data[j]>data[j+1]){
int temp=data[j];
data[j]=data[j+1];
data[j+1]=temp;
}
}
}
}
易错点：
第二个for循环-1就是为了防止数组越界（参照4.4判断数组是否有序），-i则是理解为减去已经排序好的元素个数。
优化冒泡排序（易错点）
第一个优化点：arr.length-1 减少一个待排序的元素，因为前面所有元素排序之后，剩下的最后一个元素一定是已经排序好了（自己画个图），不用再去遍历数组
第二个优化点：如果一个数组已经是有序数组了，可以在每次内层for循环元素比较之前加个标志符boolean变量，并初始化为true。最后比较完之后如果状态标志符不变，说明已经是有序数组，没有进入倒数第二个if语句进行比较，，第二个for循环结束后，进入最后一个if语句提前结束。
/**
* 冒泡排序优化
*/
public static void bubbleSort1(int[] data) {
for (int i = 0; i < data.length-1; i++) {
//当前元素需要比较的次数
//-1是为了防止比较时数组越界
//-i可以理解为减去已经排好的元素
boolean isSwapped = true;
for (int j = 0; j < data.length - 1 - i; j++) {
//比较前一个元素与后一个元素
if (data[j] > data[j + 1]) {
isSwapped = false;
int temp = data[j];
data[j] = data[j + 1];
data[j + 1] = temp;
}
}
//只有等于ture才可以进入if语句
//所以要保证isSwapped一直等于true才可以
//保证的前提就是不进入if语句（已经有序的数组）
if (isSwapped) {
break;
}
}
}
4.6数组逆序
注意事项：通过奇数个和偶数个元素数组我们发现，循环的终止条件就是i>=j
/**
* 数组逆序
* */
public static void reverse(int[] data){
int i=0;
int j= data.length-1;
while (i<j){
int temp=data[i];
data[i]=data[j];
data[j]=temp;
i++;
j--;
}
}
4.7数组的数字排列问题（重难点，双引用）
核心思路：双引用，两个下标分别指向第一个元素和最后一个元素。用前一个下标从左往右找到第一个奇数, 用后一个下标从右往左找到第一个偶数, 然后交换两个位置的元素。
易错点：可能数组中存在全是奇数或者全是偶数的情况，所以即使在遍历过程中（代码示例中第二、三个while循环），也必须保证i
/**
* 数字排列问题：偶数在前，奇数在后
* */
public static void transform(int[] data){
int i=0;
int j= data.length-1;
//i和j相等时，不管是奇数还是偶数都可以不用交换了
while(i<j){
//从前遍历找奇数，所以循环条件就是遇到偶数向后遍历
while(i<j&&data[i]%2==0){
i++;
}
//走出循环说明此时data[i]遇到了奇数
//从后往前遍历寻找偶数，所以循环条件就是遇到奇数一直向前遍历
while (i<j&&data[j]%2!=0){
j--;
}
//走出循环说明此时data[j]一定是个偶数
//交换三连
int temp=data[i];
data[i]=data[j];
data[j]=temp;
//易错点
i++;
j--;
}
}
五、数组面试题（简单）
5.1 leetcode两数之和
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易错点：不能返回同一个索引，所以终止条件是j>i
public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
int[] ret=new int[2];
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
//从后向前，终止条件是当j<=i停止
for (int j = nums.length-1; j >i ; j--) {
if(nums[i]+nums[j]==target){
ret[0]=i;
ret[1]=j;
return ret;
}
}
}
return null;
}
5.2 leetcode136 只出现一次的数字
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易错点：
第一个：int count定义的位置
第二个：内层for循环的起始值(不可以等于i)
public int singleNumber(int[] nums) {
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
//统计每个数字出现的次数
//一定要定义在第一个for循环之内
//每遍历一个数字之前，要把之前数字出现次数置为0
int count=0;
//第二个for循环也必须从头开始遍历
for (int j = 0; j < nums.length; j++) {
if(nums[i]==nums[j]){
count++;
}
}
if(count==1){
return nums[i];
}
}
return -1;
}
还有一种思路是异或运算：
5.3 leetcode169 多数元素
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核心思路：属于技巧类型的题目，如果给数组排序，这个多数元素，一定位于排序后的arr.length/2的索引位置处
public int majorityElement(int[] nums) {
Arrays.sort(nums);
return nums[nums.length/2];
}
}
摩尔投票法（重点掌握）
时间效率比上面的高，摩尔投票法是O(n),上面的是nlogN
核心思路：一样的数字加1，不一一样的数字减1，相当于一对一抵消了，而且遍历一次就结束得出答案。只要计数器变成了0，就要换候选人，换成当前遍历到的元素
public int majorityElements(int[] nums) {
//摩尔投票法
//首先让第一个元素当候选人
int candidate=nums[0];
//新候选人总会给自己投一票，所以count==1
int count=1;
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
if(nums[i]==candidate){
count++;
}else {
count--;
}
if(count==0){
//更换候选人
candidate=nums[i];
count=1;
}
}
//遍历结束后一定是count>=1的元素(出现次数最多的)
return candidate;
}
}
总结：
5.4 leetcode1550 存在三个连续奇数
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易错点：第二个if语句要包含在第一个if语句中，题目要求是连续的三个奇数，连续相加等3就可以返回。但只要遇到偶数，直接让计数器count=0，重现开始计数。
/**
* 存在三个连续奇数
* */
public boolean threeConsecutiveOdds(int[] arr) {
int count=0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (arr[i] % 2 != 0) {
count++;
if (count == 3) {
return true;
}
} else {
count = 0;
}
}
return false;
}
}