【JavaSE学习专栏】第03篇数组

文章目录

1 数组的定义
2 数组声明创建
3 数组的初始化
4 数组的四个基本特点
5 数组边界
6 数组的使用
7 多维数组
8 Arrays类
9 冒泡排序
- 9.1 原理
- 9.2 代码实现
10 数组插入算法
- 10.1 问题
- 10.2 分析
- 10.3 代码
11 稀疏矩阵
- 11.1 稀疏数组介绍

1 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，按照一定的先后秩序排列组合而成。
其中每一个数据称作数组元素，每个数组元素可以通过一个下标来访问他们。

在这里插入图片描述

示例：pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。

2 数组声明创建

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：

dataType[] arrayRefVar; //首选的方法
或
dataType arrayRefVar[]; //效果相同，但不是首选方法

Java语言使用new操作符来创建数组：

int numbers[] = new int[5];

数组元素是通过索引访问的，数组索引从0开始。
获取数组长度：arrays.length

3 数组的初始化

静态初始化

//静态初始化:创建+赋值
int[] a={1,2,3,4,5,6,7};

动态初始化

//动态初始化：包含默认初始化
int[] b=new int[10];
b[0]=10;
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列变量，因此数组一经分配空间，其中的每个元素也被按照实列变量的方式被隐式初始化。

4 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。
其元素必须是相同的类型，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。

5 数组边界

下标的合法区间：[0,length-1]，如果越界就会报错；
ArrayIndexOutOfBoundsException：数组小标越界异常！
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
数组长度是确定的，不可变的。如果越界，则报：ArrayIndexOutOfBounds

6 数组的使用

普通的for循环
for-each循环
数组作方法入参
数组作返回值

package array;

public class ArrayDemo03 {
    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+=arrays[i];
        }
        System.out.println("sum="+sum);
        System.out.println("=================");
        //查找最大元素
        int max=arrays[0];

        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            if(arrays[i]>max){
                max=arrays[i];
            }
        }
        System.out.println("max="+max);
    }
}

7 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。
二维数组

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

解析：以上二维数组a可以看成一个两行五列的数组。

package array;

public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        //[4][2]
        /*
        * 1,2  array[0]
        * 2,3  array[1]
        * 3,4  array[2]
        * 4,5  array[3]
        * */
        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.println(array[i][j]);
            }
        }

        System.out.println(array[0][0]);
    }
}

8 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，单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，
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bianrySearch方法能对排序号的数组进行二分查找操作。

package array;

import java.lang.reflect.Array;
import java.util.Arrays;

public class ArrayDemo06 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a={1,2,34,56,78,90,23,11,78};

        System.out.println(a);

        //打印数组元素
//        System.out.println(Arrays.toString(a));
        printArray(a);
        Arrays.sort(a);//数组进行排序
        System.out.println(Arrays.toString(a));
        Arrays.fill(a,2,4,0);
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
    public static void printArray(int[] a){
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
}

9 冒泡排序

9.1 原理

第一步，从第一个元素开始，将相邻的两个元素进行比较，直到最后两个元素完成比较。如果前面的元素比后面的元素大，则交换它们的位置。整个过程完成后，数组中最后一个元素自然就是最大值，这样也就完成了第一趟的比较。

第二步，除了最后一个元素，将剩余的元素按照第一步的方法进行两两比较，这样就可以将数组中第二大的元素放到倒数第二个位置上。

第三步，以此类推，持续对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对元素需要比较为止。

总体而言，在冒泡排序中，程序的时间复杂度和空间复杂度随着程序的执行，均呈现递减趋势。

9.2 代码实现

package array;

import java.util.Arrays;

public class ArrayDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] b={1,35,67,55,22,11,45};
        int[] sort=sort(b);
        System.out.println(Arrays.toString(sort));

    }

    //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，我们就交换他们的位置
    //2.每一次比较，都会产出一个最大，或最小的数字；
    //3.下一轮则可以少一次排序！
    //4.依次循环，直到结束！

    public static int[] sort(int[] array){
        //临时变量
        int temp=0;

        //外层循环，判断我们这个要走多少次；
        for (int i = 0; i < array.length; 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;
    }
}

10 数组插入算法

10.1 问题

有一组学员的成绩{99，85，82，63， 60}，将它们按升序排列。要增加一个学员的成绩，将它插入成绩序列，并保持升序

10.2 分析

将成绩序列保存在长度为6的数组中，通过比较找到插入位置；将该位置后的元素后移一个位置，将增加的学员成绩插入到该位置。

10.3 代码

/**
     * 数组插入算法
     */
    public static void arrayInsertIndex() {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        int scores[] = new int[6];
        scores[0] = 99;
        scores[1] = 85;
        scores[2] = 82;
        scores[3] = 63;
        scores[4] = 60;

        System.out.print("请输入新增的成绩：");
        int addScore = input.nextInt();

        int index = 0;  //插入的位置
        for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
            // 如果新增成绩大于当前成绩
            if(addScore > scores[i]) {
                index = i;      //新元素插入的位置
                break;
            }
        }

        //将插入位置后的分数依次往后移一位
        // scores.length - 1 因为数组下标是从0开始的
        for(int j = scores.length - 1;j > index;j--) {
            scores[j] = scores[j-1];    //元素后移
        }

        //新元素插入进去
        scores[index] = addScore;

        System.out.println("插入成绩的下标位置是：" + index);
        System.out.print("插入后的成绩信息是：");
        for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
            System.out.print(scores[i] + "\t");
        }
    }

11 稀疏矩阵

11.1 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]里面的6，7，8表示这是一个6行7列的数组，除0以外有8个不同的数字；
[1]里面的数字表示第0行第3列的数字是22.

根据这个棋盘写一个稀疏数组

package 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;
        //输出原始数组
        System.out.println("输出原始数组");
        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt+"\t");
            }
            System.out.println();
        }

        //转换为稀疏数组保存
        //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;

        //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];
                }
            }
        }

        //输出稀疏数组
        System.out.println("稀疏数组");

        for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
            System.out.println(array2[i][0]+"\t"
            +array2[i][1]+"\t"
            +array2[i][2]);
        }
        System.out.println("==================");
        System.out.println("还原");
        //1.读取稀疏数组的值
        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("输出还原的数组");
        for (int[] ints : array3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt+"\t");
            }
            System.out.println();
        }


    }
}