一、前言
记录时间 [2024-05-05]
系列文章简摘：
Java 笔记 01：Java 概述，MarkDown 常用语法整理
Java 笔记 02：Java 开发环境的搭建，IDEA / Notepad++ / JDK 安装及环境配置，编写第一个 Java 程序
Java 笔记 13：Java 数组内容，数组的声明、创建、初始化、赋值等，以及内存分析
Java 笔记 14：Java 数组内容，数组的基本特点、数组边界，以及一些数组使用案例
更多 Java 相关文章，请参考上面专栏哦。
本文是对 Java 数组相关内容的补充，主要为多维数组概述，以及 Arrays 类的常见用法。同时，文章详细介绍了冒泡排序的相关使用，并进行简单的算法优化。
二、多维数组
1. 概述
在 Java 中，可以创建多维数组来表示多维数据结构，比如矩阵、立方体等。
多维数组是数组的数组，也就是说，数组的元素也可以是数组。
例如，二维数组是一个特殊的一维数组，它的每一个元素都是一个一维数组。
我们对不同维度的数组进行类比：
// 创建一个包含 3 个元素的一维数组
int[] array = {1,2,3};
// 创建一个 3x3 的二维数组
int[][] matrix = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}
};
// 创建一个 3x3x2 的三维数组
int[][][] array3D = {
{ {1, 2}, {3, 4}, {5, 6} },
{ {7, 8}, {9, 10}, {11, 12} },
{ {13, 14}, {15, 16}, {17, 18} }
};
简而言之，就是数组多一个维度，就是在原来单纯放元素的地方，放一个数组。
2. 定义
在之后 Java 编程中，比较常用的也是二维数组，这里以二维数组举例。
如图所示，我们定义了一个二维数组 arr[3][2]，它是 3 行 2 列的。其中，第一个维度控制行数为 3 行，第二个维度控制列数为 2 列。
两个维度的下标索引都是从 0 开始的。可以根据下标确定每个元素的位置。比如，arr[0][1] 表示第 1 行第 2 个数据元素。
3. 使用
打印二维数组元素
要打印 Java 中的二维数组元素，可以使用嵌套的循环来遍历数组，并逐个打印每个元素。
以下是一个简单的示例代码：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 定义一个 3 行 3 列的二维数组
int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};
// 遍历行 array.length 确定行数
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
// 遍历列 array[i].length 确定列数
for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
System.out.print(array[i][j] + " ");
}
// 换行
System.out.println();
}
}
}
这段代码将打印出以下内容：
1 2 3
4 5 6
7 8 9
三、Arrays 类
1. 概述
数学工具类 java.util.Arrays 提供了许多有用的方法来处理数组。这些方法包括排序、搜索、比较等等。具体可以查看官方文档。
如图所示，Arrays 类中的方法都是静态方法，可以直接使用类名调用这些方法，而不需要创建 Arrays 类的实例。
例如，可以直接通过 Arrays.sort(array) 调用 sort 方法来对数组进行排序，而不需要先创建一个 Arrays 对象。这样的语法简洁明了，适合处理数组的情况。
2. 常用方法
java.util.Arrays 类提供了许多有用的方法来处理数组，以下是一些常用的方法：
toString(array)：将数组转换为字符串形式。sort(array)：对数组进行排序。binarySearch(array, key)：在排序后的数组中使用二分搜索来查找指定的元素。equals(array1, array2)：比较两个数组是否相等。fill(array, value)：将数组的所有元素设置为指定的值。copyOf(array, length)：复制数组的一部分到一个新数组。asList(array)：将数组转换为列表。
打印数组元素
可以使用 Arrays.toString() 方法将数组转换为字符串，然后打印这个字符串。
这个方法非常适合于快速查看数组的内容。
import java.util.Arrays;
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
System.out.println(Arrays.toString(array));
// 这样会输出
[1, 2, 3, 4, 5]
查看一些 toString 方法都干了写什么。
看看它是怎么实现打印数组这个功能的。
public static String toString(int[] a) {
if (a == null)
return "null";
int iMax = a.length - 1;
if (iMax == -1)
return "[]";
StringBuilder b = new StringBuilder();
b.append('[');
for (int i = 0; ; i++) {
b.append(a[i]);
if (i == iMax)
return b.append(']').toString();
b.append(", ");
}
}
数组排序
要对数组进行排序，可以使用 Arrays 类中的 sort() 方法。
以下是一个简单的示例，演示了如何使用 Arrays.sort() 方法对整型数组进行排序：
import java.util.Arrays;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {5, 2, 9, 1, 7};
// 对数组进行排序
Arrays.sort(array);
// 打印排序后的数组
System.out.println("Sorted array: " + Arrays.toString(array));
}
}
这段代码会输出：
Sorted array: [1, 2, 5, 7, 9]
Arrays.sort() 方法会按照升序对数组进行排序。
如果需要按照降序排序，可以先使用 Arrays.sort() 方法排序数组，然后反转数组中的元素，或者自定义一个 Comparator 对象来实现降序排序。
填充数组
要将数组的所有元素设置为指定的值，可以使用 Arrays 类中的 fill() 方法。
这个方法会将指定数组的所有元素都设置为指定的值。
以下是一个示例代码，演示了如何使用 Arrays.fill() 方法将数组的所有元素设置为指定的值：
import java.util.Arrays;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个长度为 5 的整型数组
int[] array = new int[5];
// 将数组的所有元素设置为指定值
int value = 10;
Arrays.fill(array, value);
// 打印数组的内容
System.out.println("Array after filling: " + Arrays.toString(array));
}
}
这段代码会输出：
Array after filling: [10, 10, 10, 10, 10]
在这个例子中，我们创建了一个长度为 5 的整型数组，并将数组的所有元素都设置为值为 10。
如果想要设置数组中的特定范围为指定值，可以直接调用 Arrays.fill() 方法并传入相应的参数。
以下是使用 Arrays.fill() 方法来实现的示例：
将数组的索引 2（包括）到索引 4（不包括）之间的元素设置为 1。
import java.util.Arrays;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个长度为 5 的整型数组
int[] array = new int[5];
// 将索引为 2（包括）到索引为 4（不包括）之间的元素设置为 1
Arrays.fill(array, 2, 4, 1);
// 打印数组的内容
System.out.println("Array after setting values: " + Arrays.toString(array));
}
}
这段代码会输出：
# 将索引为 2（包括）到索引为 4（不包括）之间的元素设置为 1
Array after setting values: [0, 0, 1, 1, 0]
四、冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法：
- 比较数组中，两个相邻的元素，如果第 1 个数比第 2 个数大，就交换它们的位置；
- 每一次比较，都会产生出一个最大，或者最小的数字；
- 下一轮可以少一次排序；
- 依次循环，直到结束。
1. 交换数组元素位置
要交换数组中的两个元素的位置，可以使用一个临时变量来暂存一个元素的值，然后将其中一个元素的值赋给另一个元素，最后将暂存的值赋给另一个元素。
就好比有两杯水，想要交换它们的位置，需要借助第三个杯子来临时存放其中一杯水，然后将另一杯水倒入第一个杯子，再将第三个杯子中的水倒入第二个杯子。这样就完成了两杯水的位置交换。
以下是一个模拟这个过程的示例：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 假设有两杯水，分别用整数表示
int cup1 = 1;
int cup2 = 2;
System.out.println("交换前: Cup 1: " + cup1 + ", Cup 2: " + cup2);
// 交换水杯位置
int temp = cup1; // 临时变量用于存放 cup1 的内容
cup1 = cup2; // 将 cup2 的内容倒入 cup1
cup2 = temp; // 将临时变量中的内容倒入 cup2
System.out.println("交换后: Cup 1: " + cup1 + ", Cup 2: " + cup2);
}
}
2. 实现冒泡排序
以下是冒泡排序的实现示例：
首先定义了一个 bubbleSort 方法来执行冒泡排序。然后创建一个示例数组，调用 bubbleSort 方法对其进行排序，并输出排序后的数组。
public class BubbleSort {
// 冒泡排序方法体
public static void bubbleSort(int[] array) {
// 确定数组长度
int n = array.length;
// 外层循环，判断一共要比较 n-1 轮
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内层循环，比较判断两个数，如果第 1 个数比第 2 个数大，则交换位置
for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
// 交换 array[j] 和 array[j+1]
int temp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = temp;
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
System.out.println("Original array: " + Arrays.toString(array));
bubbleSort(array);
System.out.println("Sorted array: " + Arrays.toString(array));
}
}
3. 算法优化
冒泡排序的平均时间复杂度为：
O
(
n
2
)
O(n^2)
O(n2)
可见，冒泡排序虽然简单易懂，但效率较低，尤其是在处理大规模数据集时。
如何优化：加入标志位
在每次遍历过程中，如果某一次遍历没有发生元素交换，说明数组已经有序，可以提前结束排序过程。
以下是一个优化后的冒泡排序的示例代码：
public class BubbleSort {
public static void bubbleSort(int[] array) {
int n = array.length;
// 标志位，表示是否进行了元素交换
boolean swapped;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
swapped = false;
for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
// 交换 array[j] 和 array[j+1]
int temp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = temp;
// 标志位设为 true，表示进行了元素交换
swapped = true;
}
}
// 如果本次遍历没有进行元素交换，说明数组已经有序，提前结束排序
if (!swapped) {
break;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
System.out.println("Original array: " + Arrays.toString(array));
bubbleSort(array);
System.out.println("Sorted array: " + Arrays.toString(array));
}
}
五、总结
本文是对 Java 数组相关内容的补充，主要为多维数组概述，以及 Arrays 类的常见用法。同时，文章详细介绍了冒泡排序的相关使用，并进行简单的算法优化。
一些参考资料
狂神说 Java 零基础：https://www.bilibili.com/video/BV12J41137hu/
TIOBE 编程语言走势： https://www.tiobe.com/tiobe-index/
Typora 官网：https://www.typoraio.cn/
Oracle 官网：https://www.oracle.com/
Notepad++ 下载地址：https://notepad-plus.en.softonic.com/
IDEA 官网：https://www.jetbrains.com.cn/idea/
Java 开发手册：https://developer.aliyun.com/ebook/394
Java 8 帮助文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/
