(JavaSE)Java数组、内存分析、初始化、冒泡排序、稀疏数组

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，语法如下：
```
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

获取数组长度：

arrays.length

package pers.array;

public class ArrayDemo01 {
    //变量的类型  变量的名字  = 变量的值;
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums1; //1.声明一个数组
        int nums2[]; //为了C或者C++程序员适应Java

        nums1 = new int[10];  //2.创建一个数组

        //3.给数组元素赋值
        nums1[0]=1;
        nums1[1]=2;
        nums1[2]=3;
        nums1[3]=4;
        nums1[4]=5;
        nums1[5]=6;
        nums1[6]=7;
        nums1[7]=8;
        nums1[8]=9;
        nums1[9]=10;

        //计算所有元素的和
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < nums1.length; i++) {
            sum = sum+nums1[i];
        }
        System.out.println("总和为："+sum);

    }
}

内存分析

-Java内存分析：

Java内存
- 堆
  - 存放new的对象和数组
  - 可以被所有的线程共享，不会存放别的对象引用
- 栈
  - 存放基本变量类型（会包含这个基本类型的具体数值）
  - 引用对象的变量（会存放这个引用在堆里面的具体地址）
- 方法区
  - 可以被所有的线程共享
  - 包含了所有的class和statk变量

三种初始化

静态初始化

int[] a={1,2,3}
Man[] mans = {new Man(1,1),new Man(2,2)};

动态初始化
```
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。

package pers.array;

public class ArrayDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //静态初始化:创建+赋值
        int[] a = {1,2,3,4,5,6,7,8};
        System.out.println(a[0]);

        //动态初始化:包含默认初始化
        int[] b = new int[10];
        b[0] = 10;
    }
}

package pers.array;

public class ArrayDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //静态初始化:创建+赋值
        int[] a = {1,2,3,4,5,6,7,8};
        System.out.println(a[0]);

        //动态初始化:包含默认初始化
        int[] b = new int[10];
        b[0] = 10;
        System.out.println(b[7]);
    }
}

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。

数组边界

下标合法区间：[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]);
    }

ArrayIndexOutOfBoundsException:数组下标越界异常！
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：ArrayIndexOutOfBoundsException

数组的使用

package pers.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);
        System.out.println("=================");
        //查找最大元素
        int max = arrays[0];
        for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {
            if (arrays[i]>max){
                max = arrays[i];
            }
        }
        System.out.println("max = "+max);
    }
}

普通的for循环
For-Each循环
数组作方法入参

数组作返回值

package pers.array;

public class ArrayDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};
        //JDK1.5以上,没有下标
        for (int array:arrays){
            System.out.println(array);
        }
        printArray(arrays);
        int[] reserve = reverse(arrays);

        printArray(reserve);
    }
    //打印数组元素
    public static void printArray(int[] arrays){
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.print(arrays[i]+"");

        }
    }
    //反转数组
    public static int[] reverse(int[] arrays){
        int[] result = new int[arrays.length];
        for (int i = 0,j=result.length-1; i < arrays.length; i++,j--) {
            result[j] = arrays[i];
        }
        return result;
    }
}

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 int[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 pers.array;

public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        //[4][2]
        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]);
            }
        }
    }
}

多维数组的使用

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。
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binarySearch方法能对排序好的数组进行二分查找法操作

package pers.array;

import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo06 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,9090,31231,543,21,3,23};
        System.out.println(a);//结果[I@14ae5a5是一个hashcode
        //打印数组元素Arrays.toString(a)
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        //数组进行排序：升序
        Arrays.sort(a);
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        //数据填充fill
        Arrays.fill(a,0);
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        //下标索引2-4之间被1填充
        Arrays.fill(a,2,4,1);
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

冒泡排序

冒泡排序无疑是最为出名的排序算法之一，总共有八大排序！
冒泡排序代码还是相当简单的，两层循环，外层冒泡轮数，里层一次比较，江湖中人人尽皆知

我们看到嵌套循环，应该立马就可以得出这个算法的时间复杂度为O(n2)

package pers.array;

import java.util.Arrays;

public class ArrayDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,4,5,6,72,2,2,225,25,26,7};
        int[] sort = sort(a);
        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打，我们就交换它们的位置
    //2.每一次比较，都会产生出一个最大，或者最小的数组
    //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-1; i++) {
            //内层循环，比较判断两个数字，如果第一个数字比第二个数字大，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;
    }
}

优化

package pers.array;

import java.util.Arrays;

public class ArrayDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,4,5,6,72,2,2,225,25,26,7};
        int[] sort = sort(a);
        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打，我们就交换它们的位置
    //2.每一次比较，都会产生出一个最大，或者最小的数组
    //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-1; i++) {
            boolean flag = false;//通过flag标示位，减少没有意义的比较
            //内层循环，比较判断两个数字，如果第一个数字比第二个数字大，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;
                    flag = true;
                }
            }
            if (flag == false){
                break;
            }
        }
        return array;
    }
}

package demo.sort;

import java.util.Arrays;

public class Sort {
    public static void main(String[] args) {
        //[1, 2, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 13]
        int[] a = {5,4,5,6,7,1,2,8,9,13};
        System.out.println(Arrays.toString(shellSort(a)));

    }

    //冒泡排序
    public static int[] bubbleSort(int[] array){
        int temp = 0;
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if (array[j] > array[j+1]){
                    temp = array[j];
                    array[j]=array[j+1];
                    array[j+1]=temp;
                }
            }
        }
        return array;
    }

    //选择排序
    public static int[] selectionSort(int[] array){
        int temp = 0;
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if (array[j]<array[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            temp = array[i];
            array[i] = array[minIndex];
            array[minIndex] = temp;
        }
        return array;
    }

    //插入排序
    public static int[] insertionSort(int[] array){
        int preIndex,current = 0;
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            preIndex = i-1;
            current = array[i];
            while(preIndex>=0 && array[preIndex]>current){
                array[preIndex+1]= array[preIndex];
                preIndex--;
            }
            array[preIndex+1]=current;
        }
        return array;
    }

    //希尔排序
    public static int[] shellSort(int[] array) {
        //step:步长
        for (int step = array.length / 2; step > 0; step /= 2) {
            //对一个步长区间进行比较 [step,arr.length)
            for (int i = step; i < array.length; i++) {
                int value = array[i];
                int j;
                //对步长区间中具体的元素进行比较
                for (j = i - step; j >= 0 && array[j] > value; j -= step) {
                    //j为左区间的取值，j+step为右区间与左区间的对应值。
                    array[j + step] = array[j];
                }
                //此时step为一个负数，[j + step]为左区间上的初始交换值
                array[j + step] = value;
            }
        }
        return array;
    }

    //归并排序
    public static void mergeSort(int[] data, int left, int right) {
        if (left >= right)
            return;
        //两路归并
        // 找出中间索引
        int center = (left + right) / 2;
        // 对左边数组进行递归
        mergeSort(data, left, center);
        // 对右边数组进行递归
        mergeSort(data, center + 1, right);
        // 合并
        merge(data, left, center, center + 1, right);
        System.out.print("排序中:\t");
    }

    /**
     * 将两个数组进行归并，归并前面2个数组已有序，归并后依然有序
     *
     * @param data
     *  数组对象
     * @param leftStart
     *  左数组的第一个元素的索引
     * @param leftEnd
     *  左数组的最后一个元素的索引
     * @param rightStart
     *  右数组第一个元素的索引
     * @param rightEnd
     *  右数组最后一个元素的索引
     */
    public static void merge(int[] data, int leftStart, int leftEnd,
                             int rightStart, int rightEnd) {
        int i = leftStart;
        int j = rightStart;
        int k = 0;
        // 临时数组
        int[] temp = new int[rightEnd - leftStart + 1]; //创建一个临时的数组来存放临时排序的数组
        // 确认分割后的两段数组是否都取到了最后一个元素
        while (i <= leftEnd && j <= rightEnd) {
            // 从两个数组中取出最小的放入临时数组
            if (data[i] > data[j]) {
                temp[k++] = data[j++];
            } else {
                temp[k++] = data[i++];
            }
        }
        // 剩余部分依次放入临时数组（实际上两个while只会执行其中一个）
        while (i <= leftEnd) {
            temp[k++] = data[i++];
        }
        while (j <= rightEnd) {
            temp[k++] = data[j++];
        }
        k = leftStart;
        // 将临时数组中的内容拷贝回原数组中 // （原left-right范围的内容被复制回原数组）
        for (int element : temp) {
            data[k++] = element;
        }
    }

    //快速排序
    public static void quickSort(int[] arr, int leftIndex, int rightIndex) {
        if (leftIndex >= rightIndex) {
            return;
        }

        int left = leftIndex;
        int right = rightIndex;
        //待排序的第一个元素作为基准值
        int key = arr[left];

        //从左右两边交替扫描，直到left = right
        while (left < right) {
            while (right > left && arr[right] >= key) {
                //从右往左扫描，找到第一个比基准值小的元素
                right--;
            }

            //找到这种元素将arr[right]放入arr[left]中
            arr[left] = arr[right];

            while (left < right && arr[left] <= key) {
                //从左往右扫描，找到第一个比基准值大的元素
                left++;
            }

            //找到这种元素将arr[left]放入arr[right]中
            arr[right] = arr[left];
        }
        //基准值归位
        arr[left] = key;
        //对基准值左边的元素进行递归排序
        quickSort(arr, leftIndex, left - 1);
        //对基准值右边的元素进行递归排序。
        quickSort(arr, right + 1, rightIndex);
    }
}

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都是默认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

package pers.array;

public class ArrayDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建一个二维数组11*11   0：代表没有棋子  1：代表黑棋   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：");
        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，存放到稀疏数组当中
        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]+"\t");
        }

        System.out.println("====================");
        System.out.println("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
        //输出还原的数组
        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();
        }

    }
}

posted @ 2021-03-29 21:41 Ziff 阅读(67) 评论(0) 收藏举报

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