01、 数组的概述
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02、 一维数组的使用
1、代码案例1——ArrayTest.java
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| public class ArrayTest {
public static void main(String[] args) {
int num;
num = 10;
int id = 1001;
int[] ids;
ids = new int[]{1001,1002,1003,1004};
String[] names = new String[5];
int[] arr7 = {1,2,3,5,4};
names[0] = "张郃";
names[1] = "王陵";
names[2] = "张学良";
names[3] = "王传志";
names[4] = "李峰";
System.out.println(names.length);
System.out.println(ids.length);
for(int i = 0;i < names.length;i++){
System.out.println(names[i]);
}
}
}
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2、代码案例2——ArrayTest1.java
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public class ArrayTest1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[4];
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.println(arr[i]);
}
System.out.println("*****************");
short[] arr1 = new short[4];
for(int i = 0;i < arr1.length;i++){
System.out.println(arr1[i]);
}
System.out.println("*****************");
float[] arr2 = new float[5];
for(int i = 0;i < arr2.length;i++){
System.out.println(arr2[i]);
}
System.out.println("*****************");
char[] arr3 = new char[5];
for(int i = 0;i < arr3.length;i++){
System.out.println("----" + arr3[i] + "****");
}
if(arr3[0] == 0){
System.out.println("你好！");
}
System.out.println("*****************");
boolean[] arr4 = new boolean[5];
System.out.println(arr4[0]);
System.out.println("*****************");
String[] arr5 = new String[5];
System.out.println(arr5[0]);
if(arr5[0] == null){
System.out.println("北京天气好差！");
}
}
}
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2.1、内存的简化结构
2.2、一维数组的内存解析
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| int[] arr = new int[]{1,2,3};
String[] arr1 = new String[4];
arr1[1] = “刘德华”;
arr1[2] = “张学友”;
arr1 = new String[3];
System.out.println(arr1[1]);
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按照图中步骤，最后数组内存解析完成，数组内部值为null。
2.3、练习1
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public class ArrayDemo {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[] { 8, 2, 1, 0, 3 };
int[] index = new int[] { 2, 0, 3, 2, 4, 0, 1, 3, 2, 3, 3 };
String tel = "";
for (int i = 0; i < index.length; i++) {
tel += arr[index[i]];
}
System.out.println("联系方式：" + tel);
}
}
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1、练习2
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import java.util.Scanner;
public class ArrayDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Scanner scan = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入学生人数：");
int num = scan.nextInt();
int[] str = new int[num];
System.out.println("请输入" + num + "个学生成绩");
int maxnum = 0;
for(int i = 0;i < str.length;i++){
str[i] = scan.nextInt();
if(maxnum < str[i]){
maxnum = str[i];
}
}
char Grade;
for(int i = 0;i < str.length;i++){
if(maxnum - str[i] <= 10){
Grade = 'A';
}else if(maxnum - str[i] <= 20){
Grade = 'B';
}else if(maxnum - str[i] <= 30){
Grade = 'C';
}else{
Grade = 'D';
}
System.out.println("student " + i + "score is" + str[i] +
" grade is " + Grade);
}
}
}
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03、 多维数组的使用
Java 语言里提供了支持多维数组的语法。
如果说可以把一维数组当成几何中的线性图形，那么二维数组就相当于是一个表格，像下图Excel中的表格一样。
3.1、二位数组
1、代码案例——ArrayTest2.java
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public class ArrayTest2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1,2,3};
int[][] arr1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
String[][] arr2 = new String[3][2];
String[][] arr3 = new String[3][];
int arr4[][] = new int[][]{{1,2,3},{4,5,12,6},{7,8,9}};
int[] arr5[] = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
int[][] arr6 = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
System.out.println(arr1[0][1]);
System.out.println(arr2[1][1]);
arr3[1] = new String[4];
System.out.println(arr3[1][0]);
System.out.println(arr4.length);
System.out.println(arr4[0].length);
System.out.println(arr4[1].length);
for(int i = 0;i < arr4.length;i++){
for(int j = 0;j < arr4[i].length;j++){
System.out.print(arr4[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
}
}
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2、代码案例——ArrayTest3.java
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public class ArrayTest3 {
public static void main(String[] args) {
int[][] arr = new int[4][3];
System.out.println(arr[0]);
System.out.println(arr[0][0]);
System.out.println("***********************");
float[][] arr1 = new float[4][3];
System.out.println(arr1[0]);
System.out.println(arr1[0][0]);
System.out.println("***********************");
String[][] arr2 = new String[4][2];
System.out.println(arr2[1]);
System.out.println(arr2[1][1]);
System.out.println("*********************");
double[][] arr3 = new double[4][];
System.out.println(arr3[1]);
}
}
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3.2、二维数组的内存解析
1、案例1
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| int[][] arr1 = new int[4][];
arr1[1] = new int[]{1,2,3};
arr1[2] = new int[4];
arr1[2][1] = 30;
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2、案例2
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| int[][] arr4= newint[3][];
System.out.println(arr4[0]);
System.out.println(arr4[0][0]);
arr4[0] = new int[3];
arr4[0][1] = 5;
arr4[1] = new int[]{1,2};
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3、案例3
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| int[][] arr = new int[3][];
arr[1] = new int[]{1,2,3};
arr[2] = new int[3];
System.out.println(arr[0]);
System.out.println(arr[0][0]);
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4、案例4
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| int[][] arr1= newint[4][];
arr1[0] = new int[3];
arr1[1] = new int[]{1,2,3};
arr1[0][2] = 5;
arr1 = new int[2][];
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3.3、练习
1、练习1
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| public class ArrayEver1 {
public static void main(String[] args) {
int[][] arr = new int[][]{{3,5,8},{12,9},{7,0,6,4}};
int sum = 0;
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
for(int j = 0;j < arr[i].length;j++){
sum += arr[i][j];
}
}
System.out.println(sum);
}
}
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2、练习 2
3、练习 3
使用二维数组打印一个 10 行杨辉三角。
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public class ArrayEver2 {
public static void main(String[] args) {
int[][] arr = new int[10][];
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
arr[i] = new int[i+1];
arr[i][0]=arr[i][i]=1;
for(int j = 1;j < arr[i].length-1;j++){
arr[i][j] = arr[i-1][j-1] + arr[i-1][j];
}
}
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
for(int j = 0;j <arr[i].length;j++){
System.out.print(arr[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
}
}
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3.4、面试题目
1、创建一个长度为 6 的 int 型数组，要求取值为 1-30，同时元素值各不相同
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public class ArrayEver3 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr2 = new int[6];
for (int i = 0; i < arr2.length; i++) {
arr2[i] = (int) (Math.random() * 30) + 1;
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (arr2[i] == arr2[j]) {
i--;
break;
}
}
}
for (int i = 0; i < arr2.length; i++) {
System.out.println(arr2[i]);
}
}
}
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04、 数组中涉及到的常见算法
- 数组元素的赋值(杨辉三角、回形数等)
- 求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等
- 数组的复制、反转、查找(线性查找、二分法查找)
- 数组元素的排序算法
4.1、数组元素的赋值
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| import java.util.Scanner;
public class ArrayTest {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("输入一个数字:");
int len = scanner.nextInt();
int[][] arr = new int[len][len];
int s = len * len;
int k = 1;
int i = 0, j = 0;
for (int m = 1; m <= s; m++) {
if (k == 1) {
if (j < len && arr[i][j] == 0) {
arr[i][j++] = m;
} else {
k = 2;
i++;
j--;
m--;
}
} else if (k == 2) {
if (i < len && arr[i][j] == 0) {
arr[i++][j] = m;
} else {
k = 3;
i--;
j--;
m--;
}
} else if (k == 3) {
if (j >= 0 && arr[i][j] == 0) {
arr[i][j--] = m;
} else {
k = 4;
i--;
j++;
m--;
}
} else if (k == 4) {
if (i >= 0 && arr[i][j] == 0) {
arr[i--][j] = m;
} else {
k = 1;
i++;
j++;
m--;
}
}
}
for (int m = 0; m < arr.length; m++) {
for (int n = 0; n < arr[m].length; n++) {
System.out.print(arr[m][n] + "\t");
}
System.out.println();
}
}
}
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4.2、数组元素的基本操作
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public class ArrayTest1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[10];
for(int i = 0;i <arr.length;i++){
arr[i] = (int)(Math.random() * (99 - 10 + 1) + 10);
}
for(int i =0;i < arr.length;i++){
System.out.print(arr[i] + " ");
}
System.out.println();
int maxValue = arr[0];
for(int i = 1;i <arr.length;i++){
if(maxValue < arr[i]){
maxValue = arr[i];
}
}
System.out.println("最大值：" + maxValue);
int minValue = arr[0];
for(int i = 1;i <arr.length;i++){
if(minValue > arr[i]){
minValue = arr[i];
}
}
System.out.println("最小值：" + minValue);
int sum = 0;
for(int i = 1;i <arr.length;i++){
sum += arr[i];
}
System.out.println("总和：" + sum);
double avgVales = sum / arr.length;
System.out.println("平均数：" + avgVales);
}
}
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4.3、数组元素的基本操作 2
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public class ArrayTest2 {
public static void main(String[] args) {
int[] array1,array2;
array1 = new int[]{2,3,5,7,11,13,17,19};
for(int i = 0;i < array1.length;i++){
System.out.print(array1[i] + "\t");
}
array2 = array1;
for(int i = 0;i < array2.length;i++){
if(i % 2 == 0){
array2[i] = i;
}
}
System.out.println();
for(int i = 0;i < array1.length;i++){
System.out.print(array1[i] + "\t");
}
}
}
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1、思考：上述 array1 和 array2 是什么关系？
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int[] array1,array2;
array1 = new int[]{2,3,5,7,11,13,17,19};
array2 = array1;
for(int i = 0;i < array2.length;i++){
if(i % 2 == 0){
array2[i] = i;
}
}
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2、拓展：修改题目，实现 array2 对 array1 数组的复制
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| int[] array1,array2;
array1 = new int[]{2,3,5,7,11,13,17,19};
array2 = new int[array1.length];
for(int i = 0;i < array2.length;i++){
array2[i] = array1[i];
}
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4.4、数组的复制、反转、查找
1、复制、反转
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public class ArrayTest3 {
public static void main(String[] args) {
String[] arr = new String[]{"SS","QQ","YY","XX","TT","KK","EE","GG"};
String[] arr1 = new String[arr.length];
for(int i = 0;i < arr1.length;i++){
arr1[i] = arr[i];
}
for(int i = 0,j = arr.length - 1;i < j;i++,j--){
String temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.print(arr[i] + "\t");
}
System.out.println();
String dest = "BB";
dest = "CC";
boolean isFlag = true;
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
if(dest.equals(arr[i])){
System.out.println("找到了指定元素，位置为：" + i);
isFlag = false;
break;
}
}
if(isFlag){
System.out.println("很遗憾，没找到！");
}
}
}
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2、二分法查找算法
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| public class ArrayTest3 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr2 = new int[]{-98,-34,2,34,54,66,79,105,210,333};
int dest1 = -34;
int head = 0;
int end = arr2.length - 1;
boolean isFlag1 = true;
while(head <= end){
int middle = (head + end)/2;
if(dest1 == arr2[middle]){
System.out.println("找到了指定元素，位置为：" + middle);
isFlag1 = false;
break;
}else if(arr2[middle] > dest1){
end = middle - 1;
}else{
head = middle + 1;
}
}
if(isFlag1){
System.out.println("很遗憾，没找到！");
}
}
}
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4.5、数组元素的排序算法
- 排序：假设含有 n 个记录的序列为{R1，R2，…,Rn},其相应的关键字序列为{K1，K2，…,Kn}。将这些记录重新排序为{Ri1,Ri2,…,Rin},使得相应的关键字值满足条 Ki1<=Ki2<=…<=Kin,这样的一种操作称为排序。
- 衡量排序算法的优劣：
- 时间复杂度：分析关键字的比较次数和记录的移动次数
- 空间复杂度：分析排序算法中需要多少辅助内存
- 稳定性：若两个记录 A 和 B 的关键字值相等，但排序后 A、B 的先后次序保持不变，则称这种排序算法是稳定的。
- 排序算法分类：内部排序和外部排序。
- 内部排序：整个排序过程不需要借助于外部存储器（如磁盘等），所有排序操作都在内存中完成。
- 外部排序：参与排序的数据非常多，数据量非常大，计算机无法把整个排序过程放在内存中完成，必须借助于外部存储器（如磁盘）。外部排序最常见的是多路归并排序。可以认为外部排序是由多次内部排序组成。
4.6、十大内部排序算法
- 详细操作，见《附录》 附录：尚硅谷_宋红康_排序算法.pdf
4.7、算法的 5 大特征
| 输出（Output） | 至少有 1 个或多个输出结果，不可以没有输出结果 |
| 有穷性（有限性，Finiteness） | 算法在有限的步骤之后会自动结束而不会无限循环，并且每一个步骤可以在可接受的时间内完成 |
| 确定性（明确性，Definiteness） | 算法中的每一步都有确定的含义，不会出现二义性 |
| 可行性（有效性，Effectiveness） | 算法的每一步都是清楚且可行的，能让用户用纸笔计算而求出答案 |
说明：满足确定性的算法也称为：确定性算法。现在人们也关注更广泛的概念，例如考虑各种非确定性的算法，如并行算法、概率算法等。另外，人们也关注并不要求终止的计算描述，这种描述有时被称为过程（procedure）。
4.8、冒泡排序(重要)
冒泡排序的基本思想：通过对待排序序列从前向后，依次比较相邻元素的排序码，若发现逆序则交换，使排序码较大的元素逐渐从前部移向后部。
因为排序的过程中，各元素不断接近自己的位置，如果一趟比较下来没有进行过交换，就说明序列有序， 因此要在排序过程中设置一个标志swap判断元素是否进行过交换。从而减少不必要的比较。
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public class BubbleSortTest {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{43,32,76,92,-65,85,71,-42};
for(int i = 0;i < arr.length - 1;i++){
for(int j = 0;j < arr.length - 1 - i;j++){
if(arr[j] > arr[j+1]){
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j+1];
arr[j+1] = temp;
}
}
}
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.print(arr[i] + "\t");
}
}
}
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4.9、快速排序
快速排序（Quick Sort）由图灵奖获得者Tony Hoare发明，被列为20世纪十大算法之一，是迄今为止所有内排序算法中速度最快的一种。冒泡排序的升级版，交换排序的一种。快速排序的时间复杂度为O(nlog(n))。
排序思想：
- 从数列中挑出一个元素，称为"基准"（pivot），
- 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区结束之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。
- 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
- 递归的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递归下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。
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public class QuickSort {
private static void swap(int[] data, int i, int j) {
int temp = data[i];
data[i] = data[j];
data[j] = temp;
}
private static void subSort(int[] data, int start, int end) {
if (start < end) {
int base = data[start];
int low = start;
int high = end + 1;
while (true) {
while (low < end && data[++low] - base <= 0)
;
while (high > start && data[--high] - base >= 0)
;
if (low < high) {
swap(data, low, high);
} else {
break;
}
}
swap(data, start, high);
subSort(data, start, high - 1);
subSort(data, high + 1, end);
}
}
public static void quickSort(int[] data){
subSort(data,0,data.length-1);
}
public static void main(String[] args) {
int[] data = { 9, -16, 30, 23, -30, -49, 25, 21, 30 };
System.out.println("排序之前：\n" + java.util.Arrays.toString(data));
quickSort(data);
System.out.println("排序之后：\n" + java.util.Arrays.toString(data));
}
}
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4.10排序算法性能对比
各种内部排序方法性能比较
- 从平均时间而言：快速排序最佳。但在最坏情况下时间性能不如堆排序和归并排序。
- 从算法简单性看：由于直接选择排序、直接插入排序和冒泡排序的算法比较简单，将其认为是简单算法。对于Shell排序、堆排序、快速排序和归并排序算法，其算法比较复杂，认为是复杂排序。
- 从稳定性看：直接插入排序、冒泡排序和归并排序是稳定的；而直接选择排序、快速排序、Shell排序和堆排序是不稳定排序
- 从待排序的记录数n的大小看，n较小时，宜采用简单排序；而n较大时宜采用改进排序。
排序算法的选择
- 若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插入，应选直接选择排序为宜。
- 若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插入、冒泡或随机的快速排序为宜；
- 若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。
05、 Arrays 工具类的使用
java.util.Arrays类即为操作数组的工具类，包含了用来操作数组（比如排序和搜索）的各种方法。
| 2 | String toString(int[] a) | 输出数组信息。 |
| 3 | void fill(int[] a,int val) | 将指定值填充到数组之中。 |
| 4 | void sort(int[] a) | 对数组进行排序。 |
| 5 | int binarySearch(int[] a,int key) | 对排序后的数组进行二分法检索指定的值。 |
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| import java.util.Arrays;
public class ArrayTest4 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = new int[]{1,2,3,4};
int[] arr2 = new int[]{1,2,9,3};
boolean isEquals = Arrays.equals(arr1, arr2);
System.out.println(isEquals);
System.out.println(Arrays.toString(arr1));
Arrays.fill(arr1, 10);
System.out.println(Arrays.toString(arr1));
Arrays.sort(arr2);
System.out.println(Arrays.toString(arr2));
int[] arr3 = new int[]{43,32,76,92,-65,85,71,-42};
int index = Arrays.binarySearch(arr3, 210);
if(index >= 0){
System.out.println(index);
}else{
System.err.println("未找到。");
}
}
}
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06、 数组使用中的常见异常
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public class ArrayExceptionTest {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
}
}
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