五、java基础-数组
五、数组
【数组定义】：
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。每一个数据称作一个元素，每个元素通过一个索引（下标）进行访问。
【特点】：
- 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
- 其元素的类型必须是相同类型，不允许出现混合类型
- 数组类型可以是任何数据类型，包括基本类型和引用类型
- 数组变量属于引用类型，数组也是对象。
- 数组变量属于引用类型，也是对象，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 中对象在堆中，因此数组无论保存原始类型还是其他对象类型，数组对象本身在堆中存储。
5.1 一维数组
1、创建声明
- 首先必须声明变量，才能使用
dataType[] arrayRefVar;//首选
//或
dataType arrayRefVar[];//效果相同，但不是首选方法
【注意点】：
- 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
- 声明一个数组的时候并没有数组真正被创建
- 构造一个数组，必须指定长度
- 创建数组：new
dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraysize];
- 数组元素通过索引访问，数组索引从0开始
- 获取数组长度
arrays.length
创建一个数组的步骤:
- 声明一个数组
- 创建数组
- 给数组赋值
//1、定义,声明一个数组
int[] s;
//int nums[];
//2、创建数组，给数组分配空间
s = new int[10];
//3、给数组元素赋值；数组是对象，数组中的元素就是对象的属性
for (int i = 0; i < 10; i++) {
s[i] = 2 * i + 1;//给数组元素赋值； 数组是对象，数组中的元素就是对象的属性
}
【java内存】：
1、堆:
- 存放new的对象和数组
- 可以被所有线程共享，不会存放别的对象引用
2、栈
- 存放基本类型变量（会包含这个基本类型的具体数值）
- 引用对象的值（会存放这个引用在对立面的具体地址）
3、方法区
- 可以被所有线程共享
- 包含所有的class和static变量
【创建引用型一维数组】
public class Application {
public static void main(String[] args) {
Man[ ] mans; //声明引用类型数组；
mans = new Man[10]; //给引用类型数组分配空间；
Man m1 = new Man(1,11);
Man m2 = new Man(2,22);
mans[0]=m1;//给引用类型数组元素赋值；
mans[1]=m2;//给引用类型数组元素赋值；
}
}
class Man{
private int age;
private int id;
public Man(int id,int age) {
super();
this.age = age;
this.id = id;
}
}
- 数组下标越界
int[] nums = new int[10];
2、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
//创建+赋值 int[] a = {1,2,3}; Man[] mans = {new Man(1,1),newMan(2,2)}; -
动态初始化
数组定义与为数组元素分配空间并赋值的操作分开进行
//包含默认初始化 int[] a = new int[10]; a[0] = 1; a[1] = 2; -
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
int a2[ ] = new int[2]; // 默认值：0,0 boolean[ ] b = new boolean[2]; // 默认值：false,false String[ ] s = new String[2]; // 默认值：null, null
3、数组边界问题
- 下标合法区间：[0,length-1],如果月结将会报错
- ArrayIndexOutofBoundException
4、数组操作
- For-Each 循环
- for普通循环遍历
- 拷贝
- 数组作方法入参
- 数组作返回值
(遍历、拷贝最常见)
【数组的遍历】
for循环：数组元素下标的合法区间：[0, length-1]。可以通过下标来遍历数组中的元素，遍历时可以读取元素的值或者修改元素的值。
int[ ] a = new int[4];
//初始化数组元素的值
for(int i=0;i<a.length;i++){
a[i] = 100*i;
}
//读取元素的值
for(int i=0;i<a.length;i++){
System.out.println(a[i]);
}
for-each 循环：增强 for 循环 for-each 是 JDK1.5 新增加的功能，专门用于读取数组或集合中所有的元素，即对数组进行遍历。
- for-each 循环在遍历数组过程中不能修改数组中某元素的值
- for-each 仅适用于遍历，不涉及有关索引（下标）的操作
//翻转数组
public static int[] reverse(int[] array){
int[] res = new int[array.length];
for (int i = 0,j = array.length-1;i< res.length;i++,j--){
res[i] = array[j];
}
return res;
}
//遍历
public static void printarray(int[] array){
for (int x : array) {
System.out.print(x+" ");
}
}
【数组的拷贝】
System 类中的 static void arraycopy（object src，int srcpos，object dest， int destpos，int length）方法可以将 src 数组里的元素值赋给 dest 数组的元素，其中 srcpos 指定从 src 数组的第几个元素开始赋值，length 参数指定将 src 数组的多少个元素赋给 dest 数组的元素。
String[ ] s = {"张三","李四","王五","小明","小红"};
String[ ] sBak = new String[6];
System.arraycopy(s,0,sBak,1,s.length);
for (int i = 0; i < sBak.length; i++) {
System.out.print(sBak[i]+ "\t");
}//null 张三 李四 王五 小明 小红
5、Array类
JDK 提供的 java.util.Arrays 类，包含了：排序、查找、填充、打印内容等常见的操作。
- 打印数组元素：Arrays.toString(arr)
- 数组排序：升序Arrays.sort(arr)
- 数组填充: fill()
- 比较数组：equals
- 二分查找数组元素：binary Search()
int[ ] arr = {1,2,323,23,543,12,59};
//打印数组元素Arrays.toString
Arrays.toString(arr);
//数组排序：升序Arrays.sort
Arrarys.sort(a);
//数组填充 fill
Arrays.fill(arr,11);
Arrays.fill(arr,2,5,11);将2到5索引的元素替换为11
//使用二分法查找，必须先对数组进行排序
//返回排序后新的索引位置,若未找到返回负数
Arrays.binarySearch(arr, 12));
【Comparable 接口】
对某个类的对象之间做比较，可以通过Comparable 接口实现。接口中只有一个方法compareTo，这个方法定义了对象之间的比较规则
public int compareTo(Object obj) //obj 为要比较的对象
将当前对象和 obj 这个对象进行比较，如果大于返回 1，等于返回 0，小于返回-1.
public int compareTo(Object obj) {
Man man = (Man) obj;
if (this.age < man.age) {
return -1;
}
if (this.age > man.age) {
return 1;
}
return 0;
}
class Man implements Comparable{
int age;
int id;
String name;
public Man(int age, String name) {
super();this.age = age;
this.name = name;
}
public String toString() {
return this.name;
}
public int compareTo(Object o) {
Man man = (Man) o;
if (this.age < man.age) {
return -1;
}
if (this.age > man.age) {
return 1;
}
return 0;
}
}
public class Test {
public static void main(String[ ] args) {
Man[ ] msMans = { new Man(3, "a"), new Man(60, "b"), new Man(2, "c") };
Arrays.sort(msMans);
System.out.println(Arrays.toString(msMans));
}
}
5.2 二维数组
多维数组可以看成以数组为元素的数组（数组的数组），eg：二维数组的每一个元素都是一个一维数组。
int a[][] = new int[2][5];
for (int i = 0;i< array.length;i++){
for (int j = 0;j<array[i].length;j++){
System.out.print(array[i][j]+" ");
}
}
【二维数组的声明】
// Java中多维数组的声明和初始化应按从低维到高维的顺序进行
int[ ][ ] a = new int[3][ ];
a[0] = new int[2];
a[1] = new int[4];
a[2] = new int[3];
// int a1[ ][ ]=new int[ ][4];//非法
【二维数组的静态初始化】
int[ ][ ] a = { { 1, 2, 3 }, { 3, 4 }, { 3, 5, 6, 7 } };
System.out.println(a[2][3]);
【二维数组的动态初始化】
int[ ][ ] a = new int[3][ ];
// a[0] = {1,2,5}; //错误，没有声明类型就初始化
a[0] = new int[ ] { 1, 2 };
a[1] = new int[ ] { 2, 2 };
a[2] = new int[ ] { 2, 2, 3, 4 };
System.out.println(a[2][3]);//4
System.out.println(Arrays.toString(a[0]));//[1,2]
System.out.println(Arrays.toString(a[1]));//[2,2]
System.out.println(Arrays.toString(a[2]))//[2,2,3,4]
【获取数组长度】
//获取的二维数组第一维数组的长度。
System.out.println(a.length);
//获取第二维第一个数组长度。
System.out.println(a[0].length);
5.3 其他常见API
1、向数组末尾添加/删除一个元素
push() // 向数组末尾添加一个元素
pop() // 删除数组最后一个元素
2、向数组开头添加/删除一个元素
unshift() // 向数组开头添加一个元素
shift() // 删除数组开头第一个元素
3、对两个数组进行拼接concat()
也可以使用扩展运算符
//arr.concat(['你', '好'], ['欢', '迎'])
4、**对数组进行截取splice() **
当第二个参数不传的时候直接从开始的索引截取到最后一个，直接改变原数组
arr.splice（开始的索引， 截取多少个, 要插入的元素可以不传)
5、截取数组中的值slice()
当第二个参数不传的时候直接从开始的索引截取到最后一个，不改变原数组
arr.slice(开始的索引，结束的索引);
6、**数组排序sort() **
arr.sort();
7、**反转数组reverse() **
arr.reverse();
8、字符连接join()
arr.join(以什么字符链接);
9、查找数据当中有没有该元素
includes()
includes() 可以查找出数据当中有没有该元素，使用indexOf也可以
区别：
- indexOf()方法：不够语义化，找到参数值的第一个出现的位置比较是否不等于-1；indexOf()方法内部使用了严格相等运算符来进行判断，这会导致误判
- includes()使用的算法不一样所以不会有这个问题
5.4 其他
1、冒泡排序
通过动画可视化数据结构和算法 - VisuAlgo
- 两层嵌套循环，外层表示冒泡轮数，里层依次比较
- 时间复杂度O(n2)
- 比较相邻的元素，如果第一个数比第二个数大，交换位置
- 每次比较都会产生出一个最大/最小的数字
- 下一轮则可以少一次排序
- 依次循环，直至结束
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]) {
temp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = temp;
}
}
}
优化
1.整个数列分成两部分：前面是无序数列，后面是有序数列。
2.初始状态下，整个数列都是无序的，有序数列是空。
3.每一趟循环让无序数列中最大数排到最后，（有序数列的元素个数增加1）
4.每一趟循环都从数列的第一个元素开始进行比较，依次比较相邻的两个元素，比较到无序数列的末尾即可（而不是数列的末尾）；如果前一个大于后一个，交换。
5.判断每一趟是否发生了数组元素的交换，如果没有发生，则说明此时数组已经有序，无需再进行后续趟数的比较了。此时可以中止比较。
// 外层循环：n个元素排序，则至多需要n-1趟循环
for (int i = 0 ;i< array.length-1;i++){
// 定义一个布尔类型的变量，标记数组是否已达到有序状态
boolean flag = false;//通过flag标志位减少没有意义的比较
/*内层循环：每一趟循环都从数列的前两个元素开始进行比较，比较到无序数组的最后*/
for (int j = 0;j<array.length-1-i;j++){
// 如果前一个元素大于后一个元素，则交换两元素的值；
if (array[j]<array[j+1]) {
temp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = temp;
//本趟发生了交换，表明该数组在本趟处于无序状态，需要继续比较；
flag = true;
}
}
//根据标记量的值判断数组是否有序，如果有序，则退出；无序，则继续循环
if (flag == false)
break;
}
2、二分查找
基本思想是设数组中的元素从小到大有序地存放在数组（array）中，首先将给定值 key 与数组中间位置上元素的关键码(key)比较，如果相等，则检索成功；
否则，若 key 小，则在数组前半部分中继续进行二分法检索;
若 key 大，则在数组后半部分中继续进行二分法检索。
每经过一次比较将缩小一半的检索区间。
//Arrays.sort(arr);
//二分法查找之前，先要对数组元素排序
int low = 0;
int high = array.length - 1;
while(low <= high){
int middle = (low + high) / 2;
if(value == array[middle]){
return middle; //返回查询到的索引位置
}
if(value > array[middle]){
low = middle + 1;
}
if(value < array[middle]){
high = middle - 1;
}
}
return -1; //上面循环完毕，说明未找到，返回-1
3、稀疏数组
- 压缩算法
- 当一个数组中大部分元素为0，或者同一值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组
- 处理方式：
- 记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
- 把具有不同值的元素和行列及值记录在一共小规模的数组中，从而缩小程序的规模
//1.创建一共11×11的二维数组
//0：没有；1:白棋；2：黑棋
int[][] arr = new int[11][11];
arr[1][2] = 1;
arr[2][3] = 2;
System.out.println("输出原始的数组");
for (int[] Ints : arr){
for (int anInt : Ints){
System.out.print(anInt+"\t");
}
System.out.println();
}
//转换为稀疏数组
//遍历获取有效值的个数
int sum = 0;
for (int[] Ints : arr){
for (int anInt : Ints){
if (anInt!=0) sum++;
}
}
System.out.println("有效值个数为："+sum);
//创建一个稀疏数组
int[][] arr2 = new int[sum+1][3];
arr2[0][0] = 11;
arr2[0][1] = 11;
arr2[0][2] = sum;
//遍历二维数组，将非零值存入稀疏数组
int k = 0;
for (int i =0;i<arr.length;i++)
for (int j =0;j<arr[i].length;j++){
if (arr[i][j] != 0){
k++;
arr2[k][0] = i;
arr2[k][1] = j;
arr2[k][2] = arr[i][j];
}
}
System.out.println("稀疏数组表示为：");
for (int[] Ints : arr2){
for (int anInt : Ints)
System.out.print(anInt+"\t");
System.out.println();
}
//还原稀疏数组
int[][] rearray = new int[newarray[0][0]][newarray[0][1]];
for (int i = 1;i< newarray.length;i++){
rearray[newarray[i][0]][newarray[i][1]] = newarray[i][2];
}
for (int[] Ints : rearray){
for (int anInts:Ints){
System.out.print(anInts+"\t");
}
System.out.println();
}