嘚儿驾...

4.1_数组

1 什么是数组？

  • 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。

2 数组的声明和创建

  • 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：

    int[] nums;  // 定义    首选的方法 

int nums[];  // 这种也是可以的，但是这种是C和C++风格的，完全就是让早些年让C程序员尽快掌握 java 提供的  效果相同，了解就行

  • java 语言使用 new 操作符来创建数组，语法如下：

    int[] nums;  // 1、声明一个数组

nums = new int[8]; // 2、创建一个数组

//等同于  int[] nums = new int[10];

//语法：dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];



// 3、给数组中元素赋值
    nums[0] = 1;
    nums[2] = 2;
    nums[3] = 3;
    nums[4] = 4;
    nums[5] = 5;
    nums[6] = 6;
    nums[7] = 7;

 //计算所有元素的和
int sum = 0;
// 获取数组长度   arrays.length 
for(int i = 0; i < nums.length; i++){
    sum = sum + nums[i];
}

System.out.println(sum);

  • 数组的元素是通过索引访问的，数组的索引从 0 开始。

  • 获取数组的长度： arrays.length

3 三种初始化及内存分析

内存分析：

int[] nums = null;  //声明数组 在栈里面创建空间

nums = new int[10];  // 创建数组，在堆里面创建空间

三种初始化:

   // 静态初始化    创建 + 赋值

    int[] a = {1,2,3,4,5,6,7};	

// 动态初始化  先创建空间，然后在给它赋值
int[] b = new int[10];
b[0] = 1;
b[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藏初始化。

4 下标越界及小结

数组的四个基本特点：

  • 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。
  • 其元素必须是相同类型，不允许出现混合类型。
  • 数组中的元素可以是任何话数据类型，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，因此数组无论保持原始类型还是其它对象类型，数组对象本身就是在堆中的。

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]);
}
  • ArrayIndexOutOfBoundsException: 数组下标越界异常！

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
  • 数组的长度是确定的，不可变的。如果越界，则报：ArrayIndexOutOfBounds

5 数组的使用

简单使用：

  • 普通的 for 循环
 public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};
        
        // 打印全部的数组元素
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.println(arrays[i]);
        }
        System.out.println("====================");
        // 计算所有元素的和
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i <arrays.length ; i++) {
            sum = sum + arrays[i];
        }
        System.out.println(sum);
        System.out.println("===================");
        //查找最大元素
        int max = arrays[0];

        for (int i = 1; i < arrays.length ; i++) {
            if (max < arrays[i]){
                max = arrays[i];
            }
        }
        System.out.println("max = "+ max);
    }

进阶：

  • For-Each 循环（增强 for 循环 去 4_流程控制.md 了解 ）
  • 数组作为方法入参
  • 数组作为返回值
public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};

        // for each  循环  JDK1.5, 没有下标     缺点就是取不到下标
//        for(int array :arrays ){
//            System.out.println(array);
//        }

        printArray(arrays);
        System.out.println("=================");
        int[] reverse = reverse(arrays);  // 调用这个方法，返回一个数组，然后输出
             printArray(reverse);

    }

	// 数组作为方法入参
    // 打印数组元素  传入一个数组作为参数，输出数组
    public static void printArray(int[] arrays) {
        for (int i = 0; i < arrays.length ; i++) {
            System.out.print(arrays[i] + " ");
        }
    }

    //数组作为返回值的情况

    // 反转数组
    public static int[] reverse(int[] arrays) {
        // 创建一个新的数组
            int[] result = new int[arrays.length];
        // 反转的操作
        for (int i = 0, j = result.length - 1; i < arrays.length ;j--, i++) {
         result[j] = arrays[i] ;  // 位置不能反，何为赋值，将后面的赋给前面谨记
        }
        return result;
    }

6 二维数组

  • 多维数组可以看成是数组的数组，比如说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。

  • 二维数组

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

  • 解析：以上二维数组 a 可以看成一个两行五列的数组。

  • 思考：多为的数组的使用？

代码实例：

// 何谓二维数组？
//  数组的数组  即 在一维数组中再加一个数组
a[0]里面还有一个数组   {{},{},{},{},{}}
{}就是a[0] , {}就是a[1],{}就是a[2],里面还有一个数组就是二维数组
    
    如此理解

    public static void main(String[] args) {
    
        // 静态初始化一个二维数组  打印二维数组元素  
        int[][] array = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};

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

7 Arrays 类的讲解

​ 学习一个新的类，将它给打在 idea 上，然后导包后,ctrl+左键，点进去，就可以看到这个类的源码了。

java 学习说白了就是学习一个又一个的类。

  • 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操作。
  • 查看 JDK 帮助文档
  • 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”）
  • 具有一下常用的功能
    • 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。
    • 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。
 public static void main(String[] args) {

        int[] a = {1,2,3,4,23,213,233,5,34};
        System.out.println(a);

        //打印数组元素 Array.toString（）
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        System.out.println("=================");
        printArray(a);
    }


    // 我们可以自己写  toString 方法   一模一样
    public static void printArray(int[] a) {
        for (int i = 0; i < a.length ; i++) {
            if (i == 0){
                System.out.print("[");
            }
            if (i == a.length - 1){
                System.out.println(a[i]+"]");
            } else {
                System.out.print(a[i] + "，");
            }
        }
    }




// 数组进行排序   升序

        Arrays.sort(a);
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        // fill 填充 给数组赋值
        Arrays.fill(a,2,5,0);
        System.out.println(Arrays.toString(a));

8 冒泡排序

  • 冒泡排序无疑是最为出名的排序算法之一，总共有八大排序！
  • 冒泡排序的代码还是相当简单的，两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，江湖人人皆知。
  • 我们看到嵌套循环，应该立马就可以得出这个算法的时间复杂度为O（n2）
  • 思考：如何优化？

图解：

文字叙述：

对于一组包含n个数据的记录，冒泡排序在最坏的情况下需要进行n-1趟排序

  • 第1趟：依次比较0和1、1和2、2和3...（n-2）和（n-1）索引的元素，如果发现第1个数据大于第2个数据，交换他们，经过第1趟排序，最大的元素排到了最后

  • 第2趟：依次比较0和1、1和2、2和3...（n-3）和（n-3）索引的元素，如果发现第1个数据大于第2个数据，交换他们，经过第2趟排序，第二大的元素排到了倒数第二个位置

  • ​ ...

  • 第n-1趟：比较0和1索引的元素，如果发现第1个数据大于第2个数据，交换他们，经过第n-1趟排序，第二小的元素排到了第二个位置

代码实现:

  public static void main(String[] args) {

        /*
        冒泡排序
            1、比较数组中，两个相邻的元素，如果第一个数比第二个数大，我们就交换它们的位置
            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！
         */

            int[] a ={1,2,45,31,54,234,542,123};
        int[] sort = sort(a);  // 调用完我们自己写的排序方法以后，返回一个排序后的数组。
        System.out.println(Arrays.toString(sort));

    }

    public static int[] sort(int[] arr) {
        int temp = 0;
        // 外层循环，判断我们这个要走多少次
        for (int i = 0; i < arr.length - 1 ; i++) {
            //内层循环，控制每一趟循环，要比较多少次，比较判断两个数，如果前一个数比后一个数大，则交换位置 n个数比 n-1次，n-1次比n个数，前一个数和后一个数相比较，只需要知道比较多少次就行了
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 -i; j++) {
                if(arr[j + 1] > arr[j]){
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }

        return arr;


    }

复杂度：

  • 时间复杂度：O(n²)
  • 空间复杂度：O(1)，只需要一个额外空间用于交换
  • 稳定性：冒泡排序是稳定的排序算法，因为可以实现值相等的元素的相对位置不变。

优化：

    public static void main(String[] args) {

        /*
        冒泡排序
            1、比较数组中，两个相邻的元素，如果第一个数比第二个数大，我们就交换它们的位置
            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！
         */

        int[] a = {1, 2, 45, 31, 54, 234, 542, 123};
        int[] sort = sort(a);
        System.out.println(Arrays.toString(sort));

    }

    public static int[] sort(int[] arr) {
        int temp = 0;
        // 外层循环，判断我们这个要走多少次
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flag = false;    // 通过flag标识位减少没有意义的比较
            //内层循环，控制每一趟循环，要比较多少次，比较判断两个数，如果前一个数比后一个数大，则交换位置 n个数比 n-1次，n-1次比n个数，前一个数和后一个数相比较，只需要知道比较多少次就行了
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j + 1] > arr[j]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                    flag = true;
                }
            }
            if (flag == false){
                break;
            }
        }
        return arr;
    }

9 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值 0 ，因此记录了很多没有意义的数据。

解决：稀疏数组

稀疏数组介绍：

  • 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该数组。

  • 稀疏数组的处理方式：

    • 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个小规模的数组中，从而缩小程序的规模 （压缩数组的规模）

  • 如下图，左边是原始数组，右边是稀疏数组

怎么读呢？

​ 6 行 7 列，共 8 个值

​ 第 0 行，3 列的值是 22

有效的值，通过坐标的方式把它记录下来。

  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
        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：");

        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            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];  // 3是固定的，只有  row  col value
        array2[0][0] = 11;  //11行   row
        array2[0][1] = 11;  // 11列  col
        array2[0][2] = sum;  // value


        // 遍历二维数组，给稀疏数组赋值
        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];
                }
            }
        }
        //输出稀疏数组

        System.out.println("稀疏数组：");
        for (int j = 0; j < array2.length; j++) {
            System.out.println(array2[j][0] + "\t"
                    + array2[j][1] + "\t"
                    + array2[j][2] + "\t");
        }
      
      
        System.out.println("========================");
        System.out.println("还原");
        // 1、读取稀疏数组
        int[][] arrays3 = new int[ array2[0][0] ] [ array2[0][1]];

        // 2、给其中元素还原它的值   就是给 array3 数组赋值
        for (int i = 1; i < array2.length ; i++) {
            arrays3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
        }

        // 3、打印
        for (int[] ints : arrays3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }

      
      
      
 //运行结果：
        
输出原始的数组：
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：
11	11	2	
1	2	1	
2	3	2	
========================
还原
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	

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