Java数组及冒泡排序
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，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 com.faxont.array;
public class ArrayDemo01 {
// 变量的类型 变量的名字 = 变量的值;
// 数组类型
public static void main(String[] args) {
int[] nums;// 1. 声明一个数组 java
int numbers[];// c++风格
nums = new int[10];// 这里面可以存放10个int类型的数据，2. 创建一个数组
// 3. 给数组元素中赋值
nums[0] = 1;
nums[1] = 2;
nums[2] = 3;
nums[3] = 4;
nums[4] = 5;
nums[5] = 6;
nums[6] = 7;
nums[7] = 8;
nums[8] = 9;
nums[9] = 10;
// 计算所有元素的和
int sum = 0;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
sum += nums[i];
}
System.out.println("sum = " + sum);
}
}
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它对象类型，数组对象本身是在堆中的。
内存分析
Java内存分析：
Java内存：
-
堆：(1)存放 new 的对象和数组
(2)可以被所有的线程共享，不会存放别的对象引用
-
栈：(1)存放基本变量类型（会包括这个基本类型的具体数值）
(2)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：(1)可以被所有的线程共享
(2)包含了所有的 class 和 static 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 com.faxont.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]);
Man mans = new Man();
// 动态初始化：包含默认初始化
int[] b = new int[10];
b[0] = 10;
System.out.println(b[0]);
System.out.println(b[1]);
System.out.println(b[2]);
}
}
数组边界
下标的合法区间：[0,length - 1]，如果越界就会报错；
public static void main(String[] args){
int[] a = new int[2];// 创建一个长度为2的数组，其下标最大为1
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：ArrayIndexOutOfBounds
数组的使用
普通的 For 循环
package com.faxont.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]);
}
// 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("和为：" + sum);
// 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("最大值为：" + max);
}
}
For - Each 循环
数组作方法入参
数组作返回值
package com.faxont.array;
public class ArrayDemo04 {
public static void main(String[] args) {
int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
// JDK1.5，没有下标
// for (int array : arrays) {
// System.out.println(array);
// }
// printArray(arrays);
printArray(reverseArray(arrays));
}
// 打印数组元素
public static void printArray(int[] arrays) {
for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
System.out.println(arrays[i] + "");
}
}
// 反转数组
public static int[] reverseArray(int[] arrays) {
int length = arrays.length;
int[] result = new int[length];
// 反转的操作
for (int i = 0; i < length ; i++) {
result[i] = arrays[length - i - 1];
}
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：二维数组 a 可以看成一个两行三列的数组。
思考：多维数组的使用？
package com.faxont.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}};
printArray(array[0]);
// System.out.println(array[0][0]);
// System.out.println(array[0][1]);
System.out.println(array.length);
System.out.println(array[0].length);
System.out.println("------------------------------------");
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
System.out.print(array[i][j] + " ");
}
}
}
// 打印数组元素
public static void printArray(int[] arrays) {
for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
System.out.println(arrays[i] + "");
}
}
}
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 方法对排序好的数组进行二分查找法操作。
package com.faxont.array;
import java.util.Arrays;
public class ArrayDemo06 {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1, 2, 3, 4, 9090, 31231, 543, 21, 3, 23};
System.out.println(a);
// 打印数组元素 Arrays.toString(a)
System.out.println(Arrays.toString(a));
printArray(a);
System.out.println("");
Arrays.sort(a);// 数组进行排序
System.out.println(Arrays.toString(a));
Arrays.fill(a,2,4,0);// [2,4)填充0
System.out.println(Arrays.toString(a));
Arrays.fill(a, 0);// 数组填充
System.out.println(Arrays.toString(a));
}
// 重复造轮子
public static void printArray(int[] a){
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
if(i == 0){
System.out.print("[" + a[i] + ", ");
}else if(i == a.length - 1){
System.out.print(a[i] + "]");
}else{
System.out.print(a[i] + ", ");
}
}
}
}
冒泡排序
冒泡排序无疑是最出名的排序算法之一，总共有八大排序。
冒泡的代码还是相当简单的，两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，江湖中人人尽知。
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)。
思考：如何优化？
package com.faxont.array;
import java.util.Arrays;
public class ArrayDemo07 {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1, 4, 5, 6, 72, 2, 2, 2, 25, 6, 7};
bubbleSort(a);
System.out.println(Arrays.toString(a));
}
// 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，我们就交换它们的位置
// 2. 每次比较，都会产生出一个最大，或者最小的数字
// 3. 下一轮则可以少一次排序
// 4. 依次排序，直到结束
public static void bubbleSort(int[] arrays) {
boolean flag = false;// 通过 flag 标识位减少没有意义的比较
// 优化：如果某一轮没有发生交换，则说明数组已经有序，可以提前结束排序
// 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 < arrays.length; i++) {
// 内层循环：比较两个数，如果第一个数比第二给数大，则交换位置
for (int j = 0; j < arrays.length - 1 - i; j++) {
if(arrays[j + 1] < arrays[j]){
temp = arrays[j];
arrays[j] = arrays[j + 1];
arrays[j + 1] = temp;
flag = true;
}
}
if(!flag){
break;
}
}
}
}
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是默认值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
注：[0]表示记录了6行7列的数据，有8个有效值(即非0数)；行列号起始都为0
package com.faxont.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：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("原始数组");
for (int[] ints : array1) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt + "\t");
}
System.out.println();
}
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 < array1.length; i++) {
for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
if(array1[i][j] != 0){
sum++;
}
}
}
System.out.println("有效值个数：" + sum);
// 2. 创建一个稀疏数组
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");
System.out.println("行\t列\t值");
for (int[] ints : array2) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt + "\t");
}
System.out.println();
}
System.out.println("----------------------------------------------");
// 3. 恢复原始的二维数组
// (1) 读取稀疏数组
int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];
// (2) 给其中的元素还原值
for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
}
// (3) 输出
System.out.println("恢复的二维数组");
for (int[] ints : array3) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt + "\t");
}
System.out.println();
}
}
}
浙公网安备 33010602011771号