数据结构与算法-数组（附阿里面试题）

  一 面试经典：

        给你一个文件里面包含全国人民（14亿）的年龄数据（0~180），现在要你统计每一个年龄   有多少人？
        给定机器为 单台+2CPU+2G内存。不得使用现成的容器，比如map等。（这一句可以忽略）
        在以上情况下你该如何以最高效的方法来解决这个问题？

试想下应该用什么，

        排序？（太耗内存，考虑时间复杂度，同时排序算法最高复杂度为O（nlogn））

        分布式？（例如hadoop的MapReduce的切开）-->大题小作，没必要

        答： 可以用数组。（开篇引题）

        实例代码：

package algorithm.array;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.UnsupportedEncodingException;

import javax.imageio.stream.FileImageInputStream;

public class AgeStas {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		String str = null;
		String fileName = "E:\\javacode\\Array\\age1.txt";
		InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName),"UTF-8");
		
		long start = System.currentTimeMillis();
		BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
		int tot = 0 ;	//21亿
		int data [] = new int[200];
		while((str = br.readLine()) != null){		//一行一行的读 O(n)
			int age = Integer.valueOf(str);
			data[age] ++ ;
			tot ++ ;
		}
		//O(n) 14亿. 100万/秒 *1000 = 10亿 100~1000s之间 => 500s以下 60*8=480s
		System.out.println("总共的数据大小: " + tot);
		
		for(int i = 0 ; i < 200 ; i ++){//下标从0开始的
			System.out.println(i + ":" + data[i]);
		}
		//144239ms => 144s
		System.out.println("计算花费的时间为:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
	}
}

       核心思想： 通过流的形式一行一行的读然后通过数组下标进行年龄各自累加。同时运行时间和电脑性能也有影响哦。一般100多秒差不多

       那么为什么使用数组呢？

        下标：数组最优一个特点。这里可以通下标表示成有意义的数据，不只是数据里面的标记，年龄和下标对应。

        随机访问：可以直接通过下标定位到数组中的某一个数据

 二 数组：

       1.定义 

        所谓数组，是有序的元素序列。 若将有限个类型相同的变量的集合命名，那么这个名称为数组名。组成数组的各个变量称为数组的分量，也称为数组的元素，有时也称为下标变量。用于区分数组的各个元素的数字编号称为下标。数组是在程序设计中，为了处理方便， 把具有相同类型的若干元素按无序的形式组织起来的一种形式。这些无序排列的同类数据元素的集合称为数组。int 的数组你就不能存float 也不能存double
数组是用于储存多个相同类型数据的集合。通常用Array表示，也称之为线性表

        2. 特点

        (1)数组是相同数据类型的元素的集合。
        (2)数组中的各元素的存储是有先后顺序的，它们在内存中按照这个先后顺序连续存放在一起。内存地址
        (3)数组元素用整个数组的名字和它自己在数组中的顺序位置来表示。例如，a[0]表示名字为a的数组中的第一个元素，a[1]代表数组a的第二个元素，以此类推。

      （4）数组是连续的内存空间和相同类型的数据。正是因为这两个限制，它才有了一个非常重要的特性：随机访问。但有利就有弊，这两个限制也让数组的很多操作变得非常低效，比如要想在数组中删除、插入一个数据，为了保证连续性，就需要做大量的数据搬移工作。
随机访问的重要应用：查找，面试重点

        3.缺点

        缺点就是数组的插入与删除了，具体等会看数组代码，时间复杂度都是O（n）.如果将一个数据插入到数组中的第k个位置，那么需要将k位置之后的所有数据后移。删除第N个位置的数据，那就需要将N后面的所有元素前移一位，刚好与插入相反。

        4.数组代码实现（crud+扩容）

package Array;

/**
 * @author:Kevin
 * @create: 2023-08-12 11:06
 * @Description:
 */

public class Arraytest {
    private int size;		//数组的长度
    private int data[];
    private int index;		//当前已经存的数据大小

    public Arraytest(int size){		//数组的初始化过程
        this.size = size;
        data = new int[size];		//分配的内存空间{0,0,0,0,0}
        index = 0;
    }

    public void print(){
        System.out.println("index:" + index);
        for(int i = 0 ; i < size ; i++){
            System.out.print(data[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    public void insert(int loc,int n){		//时间复杂度 O(n);
        //TODO 这里判断需不需要扩容,如果插入的元素位置够的话就不需要扩容！！！
        if(index ++ < size){
            for(int i = size - 1; i > loc ; i --){	//为什么不能写size 0~size-1 如果loc是0 O(n),O(1)=>O(n)
                data[i] = data[i - 1];	//把数据往后移一个
            }
            data[loc] = n;
        }else {
            // 进行扩容操作
            int[] newData = new int[size * 2];
            for (int i = 0; i < loc; i++) {
                newData[i] = data[i];
            }
            newData[loc] = n;
            for (int i = loc; i < size; i++) {
                //这里注意，之所以是data[i]是因为数组下标从0开始，所以data[i]为插入元素的后一位
                newData[i + 1] = data[i];
            }
            data = newData;
            size = size * 2;
            index++;
        }

    }
    public void delete(int loc){	//O(n)
        for(int i = loc ; i < size ; i++){
            if(i != size - 1){		//怕越界所以加一个判断
                data[i] = data[i + 1];
            }else{
                data[i] = 0;			//默认为0 就是没存数据的
            }
        }
        index -- ;
    }

    public void update(int loc,int n){//O(1)
        data[loc] = n;
    }

    public int get(int loc){		//O(1)
        return data[loc];
    }

    public static void main(String[] args) {
        //ArrayList
        Arraytest arraytest = new Arraytest(6);
        arraytest.insert(3,5);
        arraytest.print();

    }

}

        

        三：数组与Aｒｒａｙｌｉｓｔ怎么选择？

本质是一样的，都是数组。ArrayList是JDK封装了。不需要管扩容等操作
数组的话就要你全部操作

两者之间应该如何选用？：
不知道数据大小的肯定选ArrayList。
如果你知道数据的大小而且你又非常关注性能那就用数组。

数组最需要注意的就是越界：所以一定要多加判断，尤其是在开始和结束。测试的时候也一样注意头和尾。

所以对于开篇的那道算法题可以使用数组