数组
数组概述
数组的定义：
- 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。
- 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.
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数据类型，包括基本类型和引用类型。
- 数组变量属引用类型，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，因此数组无论保存原始类型还是其他对象类型，数组对象本身是在堆中的。
数组声明创建
1、声明数组
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：
dataType[] arrayRefVar; // 首选的方法或dataType arrayRefVar[]; // 效果相同，但不是首选方法
建议使用 dataType[] arrayRefVar 的声明风格声明数组变量。 dataType arrayRefVar[] 风格是来自C/C++ 语言 ，在Java中采用是为了让 C/C++ 程序员能够快速理解java语言。
double[] myList; // 首选的方法或double myList[]; // 效果相同，但不是首选方法
2、创建数组
Java语言使用new操作符来创建数组，语法如下：
arrayRefVar = new dataType[arraySize];
上面的语法语句做了两件事：
- 一、使用 dataType[arraySize] 创建了一个数组。
- 二、把新创建的数组的引用赋值给变量 arrayRefVar。
数组变量的声明，和创建数组可以用一条语句完成，如下所示：
dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];
数组的元素是通过索引访问的。数组索引从 0 开始，所以索引值从 0 到 arrayRefVar.length-1。
获取数组长度：
arrays.length
【演示创建一个数组，并赋值，进行访问】
public static void main(String[] args) {//1.声明一个数组int[] myList = null;//2.创建一个数组myList = new int[10];//3.像数组中存值myList[0] = 1;myList[1] = 2;myList[2] = 3;myList[3] = 4;myList[4] = 5;myList[5] = 6;myList[6] = 7;myList[7] = 8;myList[8] = 9;myList[9] = 10;// 计算所有元素的总和double total = 0;for (int i = 0; i < myList.length; i++) {total += myList[i];}System.out.println("总和为： " + total);}
3、内存分析
Java内存分析 ：
- 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。因此，声明数组时不能指定其长度(数组中元素的个数)，例如： int a[5]; //非法
- 声明一个数组的时候并没有数组被真正的创建。
- 构造一个数组，必须指定长度
//1.声明一个数组int[] myList = null;
//2.创建一个数组myList = new int[10];
//3.像数组中存值myList[0] = 1;myList[1] = 2;myList[2] = 3;myList[3] = 4;myList[4] = 5;myList[5] = 6;myList[6] = 7;myList[7] = 8;myList[8] = 9;myList[9] = 10;
4、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。
int[] a = {1,2,3};Man[] mans = {new Man(1,1),new Man(2,2)};
- 动态初始化
数组定义、为数组元素分配空间、赋值的操作、分开进行。
int[] a = new int[2];a[0]=1;a[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式初始化。
public static void main(String[] args) {int[] a=new int[2];boolean[] b = new boolean[2];String[] s = new String[2];System.out.println(a[0]+":"+a[1]); //0,0System.out.println(b[0]+":"+b[1]); //false,falseSystem.out.println(s[0]+":"+s[1]); //null, null}
5、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]);}
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2at com.kuang.chapter3.Demo03.main(Demo03.java:6)
ArrayIndexOutOfBoundsException : 数组下标越界异常！
6、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
- 数组长度的确定的，不可变的。如果越界，则报：ArrayIndexOutofBounds
数组使用
数组的元素类型和数组的大小都是确定的，所以当处理数组元素时候，我们通常使用基本循环或者 For-Each 循环。
【该实例完整地展示了如何创建、初始化和操纵数组】
public class TestArray {public static void main(String[] args) {double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};// 打印所有数组元素for (int i = 0; i < myList.length; i++) {System.out.println(myList[i] + " ");}// 计算所有元素的总和double total = 0;for (int i = 0; i < myList.length; i++) {total += myList[i];}System.out.println("Total is " + total);// 查找最大元素double max = myList[0];for (int i = 1; i < myList.length; i++) {if (myList[i] > max) {max = myList[i];}}System.out.println("Max is " + max);}}
1、For-Each循环
JDK 1.5 引进了一种新的循环类型，被称为 For-Each 循环或者加强型循环，它能在不使用下标的情况下遍历数组。
语法格式如下：
for(type element: array){System.out.println(element);}
【示例】
public static void main(String[] args) {double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};// 打印所有数组元素for (double element: myList) {System.out.println(element);}}
2、数组作方法入参
数组可以作为参数传递给方法。
例如，下面的例子就是一个打印 int 数组中元素的方法 :
public static void printArray(int[] array) {for (int i = 0; i < array.length; i++) {System.out.print(array[i] + " ");}}
3、数组作返回值
public static int[] reverse(int[] list) {int[] result = new int[list.length];for (int i = 0, j = result.length - 1; i < list.length; i++, j--) {result[j] = list[i];}return result;}
以上实例中 result 数组作为函数的返回值。
多维数组
多维数组可以看成是数组的数组，比如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。
- 多维数组的动态初始化（以二维数组为例）
直接为每一维分配空间，格式如下：
type[][] typeName = new type[typeLength1][typeLength2];
type 可以为基本数据类型和复合数据类型，arraylenght1 和 arraylenght2 必须为正整数，arraylenght1 为行数，arraylenght2 为列数。
比如定义一个二维数组：
int a[][] = new int[2][5];
解析：二维数组 a 可以看成一个两行三列的数组。
- 多维数组的引用（以二维数组为例）
对二维数组中的每个元素，引用方式为 arrayName[index1] [index2]，例如：num[1] [0];其实二维甚至多维数组十分好理解，我们把两个或者多个值当做定位就好。
原来的数组就是一条线，我们知道一个位置就好;二维就是一个面，两点确定一个位置;三维呢，就需要三个点来确定……依次理解即可！
- 获取数组长度：
a.length获取的二维数组第一维数组的长度，a[0].length才是获取第二维第一个数组长度。
Arrays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的操作。
文档简介：
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”)java.util.Arrays 类能方便地操作数组. 使用之前需要导包！
具有以下常用功能：
- 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等。
- 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。
具体说明请查看下表：
1、打印数组
Arrays.toString()
public static void main(String[] args) {int[] a = {1,2};System.out.println(a); //[I@1b6d3586System.out.println(Arrays.toString(a)); //[1, 2]}
2、 数组排序
对指定的 int 型数组按数字升序进行排序Arrays.sort()
public static void main(String[] args) {int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};System.out.println(Arrays.toString(a));Arrays.sort(a);System.out.println(Arrays.toString(a));}
3、二分法查找
- 在数组中查找指定元素并返回其下标
注意：使用二分搜索法来搜索指定的数组，以获得指定的值。必须在进行此调用之前对数组进行排序(通过sort方法等)。如果没有对数组进行排序，则结果是不确定的。
- 如果数组包含多个带有指定值的元素，则无法保证找到的是哪一个。
Arrays.binarySearch(a, 12)
public static void main(String[] args) {int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序System.out.println("该元素的索引："+Arrays.binarySearch(a, 12));}
4、元素填充
Arrays.fill(a, 2, 4, 100); //将2到4索引的元素替换为100
public static void main(String[] args) {int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序Arrays.fill(a, 2, 4, 100); //将2到4索引的元素替换为100System.out.println(Arrays.toString(a));}
5、数组转换为List集合
Arrays.asList(a)
int[] a = {3,5,1,9,7};List<int[]> list = Arrays.asList(a);
常见排序算法
1、冒泡排序
- 冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。
- 它重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的元素，如果他们的顺序（如从大到小、首字母从A到Z）错误就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行直到没有相邻元素需要交换。
冒泡排序算法的原理如下：
- 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
- 对每一对相邻元素做同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。
- 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。
import java.util.Arrays;//冒泡排序：//1.比较数组中两个相邻的元素，如果第一个比第二个大，就交换他们的位置；//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！public class ArrayDemo07 {public static void main(String[] args) {int[] a = {1, 4, 5, 11, 3, 2, 56, 34, 222, 6, 33};//调用我们自己写的排序方法后，返回一个排序后的数组int[] sort = sort(a);System.out.println(Arrays.toString(sort));}public static int[] sort(int[] array) {//临时变量int temp = 0;//外层循环，判断我们要走多少次for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {//内层循环，比较判断两个数，如果第一个数比第二个数大，则交换位置for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {if (array[j + 1] < array[j]) {temp = array[j];array[j] = array[j + 1];array[j + 1] = temp;}}}return array;}}
- 冒泡排序两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，相对比较简单。
- 时间复杂度O(n2)
- 如何优化？
class Bubble {public int[] sort(int[] array) {int temp = 0;// 外层循环，它决定一共走几趟 //-1为了防止溢出for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {boolean flag = false; //通过flag标识位可以减少无谓的比较，如果已经有序了，就退出循环//内层循环，它决定每趟走一次for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {//如果后一个大于前一个,则换位if (array[j + 1] > array[j]) {temp = array[j];array[j] = array[j + 1];array[j + 1] = temp;flag = true;}}if (flag == false) {break;}}return array;}public static void main(String[] args) {Bubble bubble = new Bubble();int[] array = {2, 5, 1, 6, 4, 9, 8, 5, 3, 1, 2, 0};int[] sort = bubble.sort(array);for (int num : sort) {System.out.print(num + "\t");}}}
2、选择排序
选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到排序序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素排完。 选择排序是不稳定的排序方法。
class SelectSort{public int[] sort(int arr[]) {int temp = 0;for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {// 认为目前的数就是最小的, 记录最小数的下标int minIndex = i;for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {if (arr[minIndex] > arr[j]) {// 修改最小值的下标minIndex = j;}}// 当退出for就找到这次的最小值,就需要交换位置了if (i != minIndex) {//交换当前值和找到的最小值的位置temp = arr[i];arr[i] = arr[minIndex];arr[minIndex] = temp;}}return arr;}public static void main(String[] args) {SelectSort selectSort = new SelectSort();int[] array = {2, 5, 1, 6, 4, 9, 8, 5, 3, 1, 2, 0};int[] sort = selectSort.sort(array);for (int num : sort) {System.out.print(num + "\t");}}}
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
稀疏数组是一种数据结构。
- 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数组。
- 稀疏数组的处理方式是：
- 记录数组一共有几行几列，有多少个不同值；
- 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。
- 如下图，左边是原始数组，右边是稀疏数组
- [0] 一共6行7列，8个有效值；
- [1] 第0行第三列，有效数字是22；
- 依次类推
package com.wang.array;public class ArrayDemo08 {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：白棋int[][] array1 = new int[11][11];array1[1][2] = 1;array1[2][3] = 2;//输出原始的数组System.out.println("输出原始的数组为：");for (int[] ints : array1) {for (int anInt : ints) {System.out.print(anInt + " ");}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];array2[0][0] = 11;array2[0][1] = 11;array2[0][2] = sum;//3.遍历二维数组，将非零的值存放在稀疏数组中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];}}}//4.输出稀疏数组System.out.println("稀疏数组是：");for (int i = 0; i < array2.length; i++) {System.out.println(array2[i][0]+" "+array2[i][1]+" "+array2[i][2]+" ");}System.out.println("===================");System.out.println("稀疏数组还原");//1.读取稀疏数组int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];//2.给其中的元素还原它的值for (int i = 1; i < array2.length; i++) {array3[array2[i][0]][array2[i][1]]=array2[i][2];}//3.打印System.out.println("输出原始数组为：");for (int[] ints:array3) {for (int anInt:ints){System.out.print(anInt+" ");}System.out.println();}}}
输出结果：
输出原始的数组为：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 2 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0====================有效值的个数：2稀疏数组是：11 11 21 2 12 3 2===================稀疏数组还原输出原始数组为：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 2 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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