JavaSE学习-数组
目录
Java数组
数组的概述
一维数组的使用
多维数组的使用
数组中涉及到的常见算法
数组元素的排序算法
参考文献
Java数组
数组的概述
数组(Array)，是多个相同类型数据按一定顺序排列的集合，并使用一个名字命名，并通过编号的方式 对这些数据进行统一管理。
一 数组的概述
1.数组的理解:数组(Array)，是多个相同类型数据按一定顺序排列的集合，
并使用一个名字命名，并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。
2.数组相关的概念
数组名
元素
角标,下标,索引,
数组的长度:元素的个数
3.数组的特点:
3.1数组是有序排列的.
3.2数组属于引用数据类型变量,数组的元素可以是基本数据类型,也可以是引用数据类型
3.3创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间
3.4数组的长度一旦确定,就不能修改。
4.数组的分类
4.1 按照维数:一维数组,二维数组,...
4.2 按照数组元素的类型:基本数据类型元素的数组、引用数据类型元素的数组(
*/一维数组的使用
主要注意以下过程：
- 一维数组的使用和初始化
- 如何调用数组指定位置的元素
- 如何获取数组的长度
- 如何遍历数组
- 数组元素的默认初始化值
>整形元素 初始化都是0
>浮点型元素 初始化是 0.0
>Char类型 初始化是 ASCII(0)
>boolean型元素 初始化是false
>引用数据类型 初始化是 null - 数组的内存解析
package com.atguigu.java;
/*
一维数组的使用
一维数组的使用和初始化
如何调用数组指定位置的元素
如何获取数组的长度
如何遍历数组
数组元素的默认初始化值
>整形元素 初始化都是0
>浮点型元素 初始化是 0.0
>Char类型 初始化是 ASCII(0)
>boolean型元素 初始化是false
>引用数据类型 初始化是 null
数组的内存解析
*/
public class OneArrayUse {
public static void main(String[] args) {
int num;//声明
num = 10;//初始化
int id = 1001;//声明 + 初始化
//1 一维数组的使用和初始化
int[] ids;//声明
String[] names;
//1.1 静态初始化 数组的初始化和数组元素的初始化的赋值操作同时进行
ids = new int[] {1001,1002,1003,1004};
//1.2动态初始化 数组的初始化和数组元素的初始化的赋值操作分开进行
names = new String[5];
//总结:数组一旦初始化完成,其长度就确定了
//2.如何调用数组指定位置的元素：通过索引的方式调用
//数组的索引是从0开始,到length(array)-1 结束
names[0] = "十一";
names[1] = "十二";
names[2] = "十三";
names[3] = "十四";
names[4] = "十五";
//3.如何获取数组的长度,
//属性:length
System.out.println("names数组的长度是"+ names.length);
System.out.println("ids数组的长度是"+ ids.length);
//4.如何遍历数组;
for(int i = 0;i < names.length;i++) {
System.out.println(names[i]);
}
//5.数组元素的默认初始化值
int[] arr = new int[4];
for(int i = 0;i < arr.length;i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
}关于 数组的内存解析
内存的简化结构：大致分为三部分：栈,堆,方法区
int[] ages = new int[4];
目前学习的数组都是在main（）方法中，其中定义的变量都是局部变量，存储在栈中，new 出来的结构在堆中。
内存中连续存储的空间会有首地址值 0x3213，我们把这个首地址值赋给ages，通过栈空间中的0x3213就可以指向堆空间中的实体值。
随后，堆空间中的连续空间开始初始化赋值、
ages[0] = 12;ages[1] = 23;ages[2] = 33;
替换掉堆空间中的初始化数值
String[] names = new String[]{"赵宇","张凯","江运","曹林"}；
现在堆中开辟一段连续空间，空间首地址为0x8899，并将其赋给栈空间中的names，堆空间初始化数值为"赵宇","张凯","江运","曹林"
names[1] = "刘昭";
将堆空间中索引值为1位置的值替换为 刘昭，
names = new String[]{"Tom","Jerry"};
在堆空间中重新开辟一段连续空间，首地址为0x9999,并将其赋给栈空间中的names，堆空间初始化数值为"Tom","Jerry"，在这个过程中,栈空间中names的数值被修改，
说明栈空间中names现在执行堆空间的0x9999区域，原来的0x8899现在没有可以指向它的对象，会被java的垃圾回收机制在某个时间段被回收。
一维数组的练习1
package com.atguigu.java;
/*
升景坊单间短期出租4个月，550元/月（水电煤公摊，网费35元/月），空调、卫生间、厨房齐全。
屋内均是IT行业人士，喜欢安静。所以要求来租者最好是同行或者刚毕业的年轻人，爱干净、安静。
*/
public class OneArrayExer1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{8,2,1,0,3};
int[] index = new int[]{2,0,3,2,4,0,1,3,2,3,3};
String tel = "";
for(int i = 0;i < index.length;i++){
tel += arr[index[i]];
}
System.out.println("联系方式：" + tel);//18013820100
// index[i] 2 0 3 2
//arr[index[i]] 1 8 0 1
// tel 1 18 180 1801
}
}
一维数组的练习2
package com.atguigu.java;
/*
从键盘读入学生成绩，找出最高分，
并输出学生成绩等级。
成绩>=最高分-10 等级为’A’
成绩>=最高分-20 等级为’B’
成绩>=最高分-30 等级为’C’
其余 等级为’D’
提示：先读入学生人数，根据人数创建int数组，
存放学生成绩。
*/
import java.util.Scanner;//导包
public class OneArrayExer2 {
public static void main(String[] args) {
Scanner scan = new Scanner(System.in);//实例化
System.out.print("请输入学生人数 : ");
int studentsNumber = scan.nextInt();//调包
System.out.println("请输入" + studentsNumber + "个成绩");
int[] score = new int[studentsNumber];
int max = 0;
for(int i = 0; i< studentsNumber;i++) {
int input = scan.nextInt();//调包
score[i] = input;
max = (max > input)?max:input;
}
System.out.println("最高分是" + max);
for(int i = 0;i < studentsNumber;i++) {
int temp = max - score[i];
String rank;
if(temp <= 10) {
rank = "A";
}else if(temp <= 20) {
rank = "B";
}else if(temp <= 30) {
rank = "C";
}else {
rank = "D";
}
System.out.println("student" + i + "score is " + score[i] +" grade is " + rank);
}
}
}
//结果
请输入学生人数 : 5
请输入5个成绩
89
75
46
23
89
最高分是89
student0score is 89 grade is A
student1score is 75 grade is B
student2score is 46 grade is D
student3score is 23 grade is D
student4score is 89 grade is A多维数组的使用
对于二维数组的理解，我们可以看成是一维数组array1又作为另一个一维数组array2的元素而存在。
其实，从数组底层的运行机制来看，其实没有多维数组。
package com.atguigu.java;
/*
二维数组的使用
规定：二维数组分为外层数据的元素,内层数据的元素
int[][] arr = new int[4][3];
外层元素：arr[0],arr[1]等
内层元素：arr[0][1],arr[1][2]等
1.理解
看成是一维数组array1又作为另一个一维数组array2的元素而存在。
从数组底层的运行机制来看，其实没有多维数组。
2.使用
二维数组的声明和初始化
如何调用数组指定位置的元素
如何获取数组的长度
如何遍历数组
数组元素的默认初始化值
针对于初始化方式一：比如 int[][] arr = new int[4][3];
外层元素的初始化值:地址值
内层元素的初始化值:与一维数组初始化情况相同
针对于初始化方式二： int[][] arr = new int[4][];
外层元素的初始化值:null
内层元素的初始化值:无从谈起
数组的内存解析
*/
public class TwoArrayTest {
public static void main(String[] args) {
//1.二维数组的使用和初始化
int[] arr = new int[]{1,2,3};//一维静态初始化
//静态初始化
int[][] arr1 = new int[][] {{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};
//动态初始化 1
String[][] arr2 = new String[3][2];
//动态初始化 2
String[][] arr3 = new String[3][];
arr3[1] = new String[4];
//2.如何调用数组指定位置的元素
System.out.println(arr1[0][1]);// 2
System.out.println(arr2[2][1]);// null
//3.如何获取数组的长度
System.out.println("arr1 数组的长度是" + arr1.length);//3 数组的内存解析
//4.如何遍历数组 二重循环
for(int i = 0;i < arr1.length;i++) {
for(int j = 0;j < arr1[i].length;j++) {
System.out.print(arr1[i][j]);
}
System.out.println();
}
//5.数组元素的默认初始化值
int[][] array = new int[4][3];
System.out.println(array[0]);//外层元素 [I@15db9742 地址值
System.out.println(array[0][0]);//内层元素 0
System.out.println(array);//[[I@6d06d69c
String[][] arrayString = new String[4][3];
System.out.println(arrayString[1]);//外层元素 地址值 [Ljava.lang.String;@7852e922
System.out.println(arrayString[2][1]);//内层元素 null
double[][] arrayDouble = new double[4][];
System.out.println(arrayDouble[1]);// null
}
}
//结果
2
null
arr1 数组的长度是3
123
45
678
[I@15db9742
0
[[I@6d06d69c
[Ljava.lang.String;@7852e922
null关于 二维数组的内存解析
int[][] arr1 = new int[4][];
在堆中开辟一段连续空间1，空间首地址为0x1234，并将其赋给栈空间中的arr1，堆空间初始化数值为"null","null","null","null",
arr1[1] = new int[]{1,2,3}
在堆中开辟一段连续空间2，空间首地址为0x7788，并将其赋给堆空间中的连续空间1的索引为1的地址，堆空间2初始化数值为"1","2","3",
arr1[2] = new int[4]
在堆中开辟一段连续空间3，空间首地址为0x6677，并将其赋给堆空间中的连续空间1的索引为2的地址，堆空间2初始化数值为"0","0","0","0"”
arr[2][1] = 30
将堆空间中的连续空间3的索引为1的值替换为 30
二维数组练习1
package com.atguigu.java;
/*
获取arr数组中所有元素的和。
提示：使用for的嵌套循环即可。
*/
public class TwoArrayExer1 {
public static void main(String[] args) {
int[][] array = new int[][]{{3,5,8},{12,9},{7,0,6,4}};
int sumArray = 0;
for(int i = 0;i < array.length;i++) {
for(int j = 0;j < array[i].length;j++) {
sumArray += array[i][j];
}
}
System.out.println("总和为" + sumArray);//总和为54
}
}二维数组练习2
package com.atguigu.java;
/*
声明：int[] x,y[]; 在给x,y变量赋值以后，以下选项允许通过编译的是
*/
public class TwoArrayExer2 {
public static void main(String[] args) {
int[] x,y[];
// x 为一维数组 y为二维数组
// 右边 左边
x[0] = y;// no 地址值 int数值
y[0] = x;//yes 地址值 地址值
y[0][0] = x;//no int数值 int数值
x[0][0] = y;//no 地址值 编译不通过
y[0][0] = x[0];//yes int数值 int数值
x = y;//no 二维地址值 一维地址值
}
}二维数组练习3
package com.atguigu.java;
/*
使用二维数组打印一个 10行杨辉三角。
【提示】
1. 第一行有 1 个元素, 第 n 行有 n 个元素
2. 每一行的第一个元素和最后一个元素都是 1
3. 从第三行开始, 对于非第一个元素和最后一个元的元素
*/
public class TwoArrayExer3 {
public static void main(String[] args) {
//1.声明并初始化二维数组
int[][] Yanghui = new int[10][];
//2.赋值
for(int i = 0;i < Yanghui.length;i++) {
Yanghui[i] = new int[i + 1];
//2.1给首末元素赋值
Yanghui[i][0] = 1;
Yanghui[i][i] = 1;
//2.2给每行的非首末元素赋值
for(int j = 1 ;j < Yanghui[i].length - 1;j++) {
Yanghui[i][j] = Yanghui[i-1][j-1] + Yanghui[i-1][j];
}
}
//3.遍历输出
for(int i = 0;i < Yanghui.length;i++) {
for(int j = 0;j < Yanghui[i].length;j++) {
System.out.print(Yanghui[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
}
}
//结果
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
1 4 6 4 1
1 5 10 10 5 1
1 6 15 20 15 6 1
1 7 21 35 35 21 7 1
1 8 28 56 70 56 28 8 1
1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 数组中涉及到的常见算法
- 数组元素的赋值(杨辉三角、回形数等)
- 求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等
- 数组的复制、反转、查找(线性查找、二分法查找)
- 数组元素的排序算法
package com.atguigu.java;
/*
算法考察：求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等
定义一个int型的一维数组，包含10个元素，分别赋一些随机整数，
然后求出所有元素的最大值，最小值，和值，平均值，并输出出来。
要求：所有随机数都是两位数。10-99
Math.random() 输出0-1之间的小数
(int)(90*Math.random()) + 10; 10-99
*/
public class ArrayExer1 {
public static void main(String[] args) {
//定义变量及数组
int[] array = new int[10];
int x;
int max ,min ,sum =0;
double average;
//数组元素赋值
for(int i = 0; i < array.length; i++) {
x = (int)(90*Math.random()) + 10;
array[i] = x;
}
//遍历数组
for(int i = 0;i < array.length;i++) {
System.out.print(array[i] + " ");
}
//换行
System.out.println();
//求max,min,sum,average
max = min = array[0];
for(int j = 0;j < array.length;j++) {
sum += array[j];
if(max < array[j]) {
max = array[j];
}
if(min > array[j]) {
min = array[j];
}
}
System.out.println("数组的最大值为" + max);
System.out.println("数组的最小值为" + min);
System.out.println("数组的总和为" + sum);
average = (double)(sum) / array.length;
System.out.println("数组的平均值为" + average);
}
}
//结果
26 32 96 33 92 25 94 80 76 23
数组的最大值为96
数组的最小值为23
数组的总和为577
数组的平均值为57.7package com.atguigu.java;
/*
使用简单数组
(1)创建一个名为ArrayExer2的类，在main()方法中声明array1和array2两个变量，他们是int[]类型的数组。
(2)使用大括号{}，把array1初始化为8个素数：2,3,5,7,11,13,17,19。
(3)显示array1的内容。
(4)赋值array2变量等于array1，修改array2中的偶索引元素，使其等于索引值
(如array[0]=0,array[2]=2)。打印出array1。
思考：array1和array2是什么关系？
array1和array2地址值相同,都指向了堆空间中惟一的地址实体
拓展：修改题目，实现array3对array1数组的复制
*/
public class ArrayExer2 {
public static void main(String[] args) {
int[] array1,array2;
array1 = new int[] {2,3,5,7,11,13,17,19};
//显示array1的内容
for(int i = 0;i < array1.length;i++) {
System.out.print(array1[i] + " ");
}
System.out.println();
//赋值array2变量等于array1
//不能称作数字的复制
array2 = array1;
//修改题目，实现array3对array1数组的复制
int[] array3 = new int[array1.length];
for(int i = 0;i < array3.length;i++) {
array3[i] = array1[i];
}
//修改array2中的偶索引元素，使其等于索引值
for(int j = 0;j < array2.length;j++) {
if(j % 2 == 0) {
array2[j] = j;
}
}
//显示array1的内容
for(int i = 0;i < array1.length;i++) {
System.out.print(array1[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}array1和array2地址值相同,都指向了堆空间中惟一的地址实体
package com.atguigu.java;
/*
数组的反转
*/
public class ArrayExer3 {
public static void main(String[] args) {
String[] arr = new String[] {"JJ","DD","MM","BB","GG","AA"};
// //数组翻转 方式1
// for(int i = 0; i < arr.length/2;i++) {
// String temp = arr[i];
// arr[i] = arr[arr.length - 1 - i];
// arr[arr.length - 1 - i] = temp;
// }
//方式2
for(int i = 0,j = arr.length-1; i < j;i++,j--) {
String temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
//结果
for(int i = 0; i < arr.length;i++) {
System.out.print(arr[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}package com.atguigu.java;
/*
数组的搜索
*/
public class ArrayExer3 {
public static void main(String[] args) {
String[] arr = new String[] {"JJ","DD","MM","BB","GG","AA"};
for(int i = 0; i < arr.length;i++) {
System.out.print(arr[i] + " ");
}
System.out.println();
//查找(搜索)
//线性查找:
String dest = "CC";
boolean isFlag = true;
for(int i = 0;i < arr.length;i++) {
if(dest.equals(arr[i])) {
System.out.println("找到了指定的元素" + dest + ",位置在 " + "i");
isFlag = false;
break;
}
}
if(isFlag) {
System.out.println("很遗憾,没有找到！");
}
//二分法查找
// 前提：所要查找的数组必须有序
int[] arr2 = new int[] {-98,-23,-5,3,5,10,88,160};
int dest1 = -23;
int head = 0;// 初始的首索引
int end = arr2.length;//初始的末索引
boolean isFlag1 = true;
while(head < end) {
int mid = (head + end)/2;
if(dest1 == arr2[mid]) {
System.out.println("找到了指定的元素" + dest1 + ",位置在 " + mid);
isFlag1 = false;
break;
}else if(dest1 > arr2[mid]) {
head = mid + 1;
}else {
end = mid -1;
}
}
if(isFlag1) {
System.out.println("很遗憾,没有找到！");
}
}
}
//结果
JJ DD MM BB GG AA
很遗憾,没有找到！
找到了指定的元素-23,位置在 1数组元素的排序算法
基础概念：(不全讲)
排序：假设含有n个记录的序列为{R1，R2，...,Rn},其相应的关键字序列为 {K1，K2，...,Kn}。将这些记录重新排序为{Ri1,Ri2,...,Rin},使得相应的关键字值满足条Ki1<=Ki2<=...<=Kin,这样的一种操作称为排序。
通常来说，排序的目的是快速查找。
衡量排序算法的优劣：
- 时间复杂度：分析关键字的比较次数和记录的移动次数
- 空间复杂度：分析排序算法中需要多少辅助内存
- 稳定性：若两个记录A和B的关键字值相等，但排序后A、B的先后次序保持不变，则称这种排序算法是稳定的。
排序算法分类
- 内部排序：整个排序过程不需要借助于外部存储器（如磁盘等），所有排序操作都在内存中完成
- 外部排序：参与排序的数据非常多，数据量非常大，必须借助于外部存储器（如磁盘）。
外部排序最常见的是多路归并排序。可以认为外部排序是由多次内部排序组成
十大内部排序算法
- 选择排序： 直接选择排序、堆排序
- 交换排序 ：冒泡排序、快速排序(这两个作为重点讲)
- 插入排序 ：直接插入排序、折半插入排序、Shell排序
- 归并排序
- 桶式排序
- 基数排序
算法的5大特征：输入有界，输出有界，算法在有限步内结束，算法的每一步都是明确地，算法的每一步都是可行的
冒泡排序需要熟悉算法思想和代码
算法思想：
- 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大（升序），就交换他们两个。
- 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。
- 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
- 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为止。
package com.atguigu.java;
/*
数组冒泡排序的实现
*/
public class BubbleSort {
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[] {23,1,3,45,-23,-98,348,65};
//冒泡排序
for(int i = 0;i < array.length - 1 ;i++) {
for(int j = 0;j < array.length - 1 - i;j++) {
if(array[j] > array[j+1]) {
int temp;
temp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = temp;
}
}
}
//遍历输出
for(int i = 0;i < array.length;i++) {
System.out.print(array[i] + " ");
}
System.out.println();//换行
}
}
//结果
-98 -23 1 3 23 45 65 348 快速排序需要熟悉算法思想：
算法排序：
- 从数列中挑出一个元素，称为"基准"（pivot），
- 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区结束之后， 该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。
- 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
- 递归的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好 了。虽然一直递归下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代 （iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。
Arrays工具类的使用
package com.atguigu.java;
/*
java.util.Arrays : 操作数组的工具类,里边定义了很多操作数组的方法
*/
import java.util.Arrays;
public class ArraysMethodTest {
public static void main(String[] args) {
//1.boolean equals(int[] a,int[] b) 判断两个数组是否相等
int[] arr1 = new int[] {1,2,3,4};
int[] arr2 = new int[] {1,3,2,4};
boolean isEquals = Arrays.equals(arr1,arr2);
System.out.println(isEquals);
//2.String toString(int[] a) 输出数组信息。
System.out.println(Arrays.toString(arr1));
//3.void fill(int[] a,int val) 将指定值填充到数组之中。
Arrays.fill(arr2,5);
System.out.println(Arrays.toString(arr2));
//4.void sort(int[] a) 对数组进行排序。
int[] arr3 = new int[] {1,4,6,7,8,2,5,-2,-34};
Arrays.sort(arr3);
System.out.println(Arrays.toString(arr3));
//5.int binarySearch(int[] a,int key) 对排序后的数组进行二分法检索指定的值。
int[] arr4 = new int[] {-34, -2, 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8};
int index = Arrays.binarySearch(arr4, -2);
System.out.println(index);
}
}
//结果
false
[1, 2, 3, 4]
[5, 5, 5, 5]
[-34, -2, 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8]
1数组使用中的常见异常
- 数组脚标越界异常(ArrayIndexOutOfBoundsException)
- 空指针异常(NullPointerException)
参考文献
B站尚硅谷Java零基础教程-java入门必备_宋红康
https://www.bilibili.com/video/BV1Kb411W75N?