数据结构--稀疏数组和队列

最近在学尚硅谷的数据结构，特此开一篇blog来做笔记

稀疏数组

当一个数组中大部分元素是0时，或者为同一个值的数组时，可以用稀疏数组来保存该数组，节省储存空间(二维数组储存太浪费空间了)

应用场景

• 五子棋、围棋记录黑白子，无占位处记为0，黑白分别记为1，2
• 扫雷
• 象棋类，跳棋等

处理方法：

• 记录数组有几行几列，有多少个不同的值
• 把有不同值的元素的行列及值记录在一个小规模的数组里，从而缩小程序的规模

二维数组转化稀疏数组的思路

• 遍历原始二维数组，得到有效数据的个数
• 根据sum就可以创建稀疏数组 int spareseArr[sum + 1][3]
• 将二维数组的有效数据的个数sum存入稀疏数组

稀疏数组转原始二维数组

• 先读稀疏数组第一行，根据第一行数据创建原始二维数组
• 在读取稀疏数组后几行的数据，并赋予原始的二维数组int originArr[size][size]即可

代码

//spareseArray.java
import java.util.Scanner;
public class spareseArray{
    public static void main(String[] args){
        public static void main(String[] args) {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        int size = scan.nextInt();
        scan.close();
        int chessArr[][] = new int[size][size];//创建一个11*11的棋盘
        chessArr[1][2] = 1;
        chessArr[2][3] = 2;
        chessArr[4][6] = 1;
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                if (chessArr[i][j] != 0)
                    sum++;
            }
        }
        //创建稀疏数组
        int spareseArr[][] = new int[sum + 1][3];
        //给稀疏数组赋值
        spareseArr[0][0] = size;
        spareseArr[0][1] = size;
        spareseArr[0][2] = sum;
        //遍历二维数组，把非0的值存放在稀疏数组中
        int count = 0;//计数器，记录非0数据个数
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                if (chessArr[i][j] != 0) {
                    count++;
                    spareseArr[count][0] = i;
                    spareseArr[count][1] = j;
                    spareseArr[count][2] = chessArr[i][j];
                }
            }
        }
        //输出稀疏数组的形式
        System.out.println("the sparese Array:");
        for (int i = 0; i < sum + 1; i++) {
            System.out.printf("%d %d %d\n", spareseArr[i][0], spareseArr[i][1], spareseArr[i][2]);
        }
        //稀疏数组恢复二维数组
        int originArr[][] = new int[spareseArr[0][0]][spareseArr[0][1]];
        //输出恢复后的二维数组
        for (int i = 1; i < spareseArr.length; i++) {
            originArr[spareseArr[i][0]][spareseArr[i][1]] = spareseArr[i][2];
        }
        System.out.println("the origin array:");
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                System.out.print(originArr[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }    
    }
}

参考链接：尚硅谷--Java数据结构p7-p9  bilibili

队列(数组)

队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现。遵循先入先出原则，这一部分用数组来模拟

应用场景：银行排队案例

队列本身是有序列表，需要两个变量front和rear分别标记队列前后端，front随着数据输出而改变，rear随着数据输入而改变。还有需要一个maxSize来标记队列的最大容量。

当存数据入列时

• 把尾指针后移：rear+1，当front=rear [ 空 ]
• 若尾指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则将数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear == maxSize-1 => 队列满

代码

package hello;
import java.util.Scanner;
public class Queue {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop) {
            System.out.println("s(show queue)");
            System.out.println("e(exit)");
            System.out.println("a(add)");
            System.out.println("g(get)");
            System.out.println("h(head)");
            key = scan.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("output a num:");
                    int value = scan.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("get the num is: %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        //TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                        break;
                    }
                    break;
                case 'h':
                    //查看队列头数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("head data: %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        //TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出
                    scan.close();
                    loop = false;//退出while循环
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}
class ArrayQueue {
    private int maxSize;//数组最大容量
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头部，指向数据头部前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾，指向队列尾的数据(即队列最后一个数据)
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1;
    }
    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n) {
        //判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("the queue is full~~");
            return;
        }
        //rear++;//rear后移
        //arr[rear] = n;
        arr[++rear] = n;//这是上两行代码简写
    }
    //获取队列数据，出队列
    public int getQueue() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("empty queue~~");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }
    //显示队列所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("empty queue~~");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头数据，不是取出数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("empty queue~~");
        }
        return arr[front + 1];//使front指向头数据
    }
}

缺点：

• 数组只能用一次

优化：

• 改进成为环形队列 算法思想：取模%

数组模拟环形队列

思路：

• front变量含义做一个调整：front指向队列第一个元素，也就是arr[front]就是队列第一个元素
• rear变量含义做一个调整：rear指向队列最后一个元素的后一个位置。留出一个空间来判断队列是空或满
• 当队列满时，条件是：(rear+1)&maxSize == front =>队列满

队列中有效数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize

代码

import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        CircleArray queue = new CircleArray(4);//队列有效数据是3
        char key = ' ';
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop) {
            System.out.println("s(show queue)");
            System.out.println("e(exit)");
            System.out.println("a(add)");
            System.out.println("g(get)");
            System.out.println("h(head)");
            key = scan.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("output a num:");
                    int value = scan.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("get the num is: %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        //TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                        break;
                    }
                    break;
                case 'h':
                    //查看队列头数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("head data: %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        //TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scan.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

class CircleArray {
    private int maxSize;//数组最大容量
    private int front;//队列头，队列的第一个元素，不一定是0
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列

    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0;
        rear = 0;
    }
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;//+1是利用了留出的空位来判断队列是否为满
    }
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;//初始化时rear和front都是0，如果没有add，即可判断为空
    }
    public void addQueue(int n) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("full array~~");
            return;
        }
        arr[rear] = n;//直接把n赋给arr
        rear = (rear + 1) % maxSize;//考虑取模
    }
    public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("empty array~~");
        }
        //这里要分析出front是指向队列的第一个元素
        //1.先把front对应的值保留到一个临时变量
        //2.把front后移
        //3.把临时保存的变量返回
        int value = arr[front];    
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("empty array~~");
            return;
        }
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }
    //求出当前队列有效数据个数
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("empty array~~");
        }
        return arr[front];
    }
}