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[数据结构与算法]Java数组

目录

一、数组的概述

二、一维数组的使用

2.1一维数组的声明方式

2.2一维数组的初始化

静态初始化

?动态初始化

?2.3一维数组元素的引用

2.4一维数组元素的默认初始化值

2.5一维数组的练习

2.6内存的简化结构

?一维数组的内存解析

三、多维数组的使用

3.1二维数组的初始化

动态初始化

静态初始化

3.2二维数组的默认初始化值

3.3二维数组的内存解析

四、数组中设计的常见算法?

排序算法

衡量排序算法的优劣:

排序算法分类

冒泡排序

快速排序

相关练习

Java数组的练习_要向着光的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/zssxcj/article/details/127319679?spm=1001.2014.3001.5501

五、Arrays工具类的使用

数组排序

六、数组中常见的异常


一、数组的概述

数组(Array),是多个相同类型数据一定顺序排列的集合,并使用一个名字命名,并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。

数组的常见概念:

1、数组名

2、下标(或索引):从0开始

3、元素

4、数组的长度

数组的特点:数组式有序排列的

  • 数组本身是引用数据类型,而数组中的元素可以是任何数据类型,包括基本数据类型和引用数据类型。
  • 创建数组对象会在内存中开辟一块连续的内存空间,而数组名中引用的是这块空间的首地址
  • 数组的长度一旦确定,就不能修改。
  • 可以直接通过数组的下标(或索引)的方式点用指定位置的元素。
  • 数组的分类:

????????????????按照维度分:一维数组、二维数组...

? ? ? ? ????????按照元素的数据类型分:基本数据类型元素的数组、引用数据元素类型的数组(即对象数组)

二、一维数组的使用

2.1一维数组的声明方式

????????????????????????????????????????????????????????????????type var[] 或 type[] var;

例如: int a[];

????????????int[] a1;

????????????double b[];

????????????String[] c; //引用类型变量数组

java语言中声明数组时不能指定其长度,例如: inta[5];//非法声明

2.2一维数组的初始化

静态初始化

数组的初始化和数组元素的赋值操作同时进行(在定义数组的同时就为数组元素分配空间并赋值。)

?动态初始化

数组的初始化和数组元素赋值操作分开进行

?2.3一维数组元素的引用

  • 定义并用运算符new为之分配空间后,才可以引用数组中的每个元素;
  • 数组元素的引用方式:数组名[元素下标]
    • 数组元素下标可以是整型常量,也可以是表达式。
    • 数组元素的下标从0开始:长度为n的数组合法下标取值范围:0---n-1;
  • 每个数组都有一个属性length指明它的长度,例如 :a.length 指明a数组的长度(元素个数)
    • 数组一旦初始化,长度是不可以变的
  • 数组时引用数据类型,它的每个元素相当于类的成员变量,因此数组一经分配空间,其中每个元素也被按照成员变量同样的方式被隐式初始化

2.4一维数组元素的默认初始化值

基本数据类型数组在显式赋值之前, Java会自动给他们赋默认值

  • 对于基本数据类型而言,默认初始化值各有不同
  • 对于引用数据类型而言,默认初始化值为null
元素数据类型元素默认初始值
byte0
short0
int0
long0L
float0.0F
double0.0
char0或写为‘\u0000’(表现为空)
booleanfalse
引用数据类型null

2.5一维数组的练习

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public class ArrayTest {
    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);
    }
 }

2.6内存的简化结构

?一维数组的内存解析

三、多维数组的使用

  • java语言里提供了支持多维数组的语法
  • 如果把一维数组当成几何图中的线性图形,那么二维数组就相当于是一个表格
  • 对于二位数字的理解,我们可以看成是一维数组array1又做为另一个一维数组array2的元素而存在。其实,从数组的底层运行机制来看,其实没有多维数组。

3.1二维数组的初始化

二维数组[] []:数组中的数组

动态初始化

  • 格式1(动态初始化):

????????????????int[][] arr = new int[3][2];

定义了名称为arr的二维数组

二维数组中有3个一维数组

每一个一维数组中有2个元素

一维数组的名称分别为arr[0], arr[1], arr[2]

给第一个一维数组1脚标位赋值为78写法是:arr[0][1] = 78;

  • ?格式2(动态初始化):

????????????????int[][] arr = new int[3][];

二维数组中有3个一维数组。

每个一维数组都是默认初始化值null (注意:区别于格式1)

可以对这个三个一维数组分别进行初始化

arr[0] = new int[3]; arr[1] = new int[1]; arr[2] = new int[2];

注: int[][]arr = new int[][3]; //非法

静态初始化

  • 格式

????????????????int[][] arr = new int[][]{{3,8,2},{2,7},{9,0,1,6}};

定义一个名称为arr的二维数组,二维数组中有三个一维数组

每一个一维数组中具体元素也都已初始化

第一个一维数组 arr[0] = {3,8,2};

第二个一维数组 arr[1] = {2,7};

第三个一维数组 arr[2] = {9,0,1,6};

第三个一维数组的长度表示方式:arr[2].length

注意特殊写法情况:int[] x,y[]; x是一维数组,y是二维数组。

?Java中多维数组不必都是规则矩阵形式

3.2二维数组的默认初始化值

  • 针对格式一:eg:int[] [] arr=new int[2] [3];
    • 外层的初始化值为:地址值;
    • 内层的初始化值为:与一位数组初始化情况相同
  • 针对格式二:eg:int[] [] arr=new int[4] [];
    • 外层元素初始化值为:null
    • 内层元素的初始化值为:不能调用,否则会报错(空指针异常)

3.3二维数组的内存解析

四、数组中设计的常见算法?

1. 数组元素的赋值(杨辉三角、回形数等)

2. 求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等

3. 数组的复制、反转、查找(线性查找、二分法查找)

4. 数组元素的排序算法

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。

?通常来说,排序的目的是快速查找。

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。

冒泡排序

介绍: 冒泡排序的原理非常简单,它重复地走访过要排序的数列,一次比较两个元素,如果他们的顺序错误就把他们交换过来。

排序思想:

1.比较相邻的元素。如果第一个比第二个大(升序),就交换他们两个。

2. 对每一对相邻元素作同样的工作,从开始第一对到结尾的最后一对。

这步 做完后,最后的元素会是最大的数。

3. 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。

4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤,直到没有任何一对数字需要比较为止。

public class BubbleSort {
	
	public static void bubbleSort(int[] data) {
		System.out.println("开始排序");
		int arrayLength = data.length;
		for (int i = 0; i < arrayLength - 1; i++) {
			for (int j = 0; j < arrayLength - 1 - i; j++) {
				if (data[j] > data[j + 1]) {
					int temp = data[j + 1];
					data[j + 1] = data[j];
					data[j] = temp;
				}
			}
			System.out.println(java.util.Arrays.toString(data));
		}
	}
	//优化1
	public static void bubbleSort1(int[] data) {
		System.out.println("开始排序");
		int arrayLength = data.length;
		for (int i = 0; i < arrayLength - 1; i++) {
			boolean flag = false;
			for (int j = 0; j < arrayLength - 1 - i; j++) {
				if (data[j] > data[j + 1]) {
					int temp = data[j + 1];
					data[j + 1] = data[j];
					data[j] = temp;
					flag = true;
				}
			}
			System.out.println(java.util.Arrays.toString(data));
			if (!flag)
				break;
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		int[] data = { 9, -16, 21, 23, -30, -49, 21, 30, 30 };
		System.out.println("排序之前:\n" + java.util.Arrays.toString(data));
		bubbleSort(data);
		System.out.println("排序之后:\n" + java.util.Arrays.toString(data));
	}
}

快速排序

介绍: 快速排序通常明显比同为O(nlogn)的其他算法更快,因此常被采用,而且快排采用了分治法的思想,所以在很多笔试面试中能经常看到快排的影子。可见掌握快排的重要性。

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:

1. 从数列中挑出一个元素,称为"基准"(pivot)

?2. 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。

3. 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。

4. 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。

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);//递归调用
			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));
	}
}

相关练习

Java数组的练习_要向着光的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/zssxcj/article/details/127319679?spm=1001.2014.3001.5501

五、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。

1boolean equals(int[] a,int[] b)判断两个数组是否相等
2String toString(int[] a)输出数组信息
3void fill(int[] a,int val)将指定数填充到数组中
4void sort(int[] a)对数组进行排序
5int binarySreach(int[] a int key)对排序后的数组进行二分法检索指定值

数组排序

java.util.Arrays类的sort()方法提供了数组元素排序功能

import java.util.Arrays;
public class SortTest {
    public static void main(String[] args) {
        int [] numbers = {5,900,1,5,77,30,64,700};
        Arrays.sort(numbers);
        for(int i = 0; i < numbers.length; i++){
            System.out.println(numbers[i]);
        }
    }
}

六、数组中常见的异常

数组角标越界异常(ArrayIndexOutOfBoundsException)

int[] arr=new int[2];

System.out.println(arr[2]);

System.out.println(arr[-1]);

访问到了数组中的不存在的脚标时发生。

空指针异常(NullPointerException)

int[] arr = null;

System.out.println(arr[0]);

arr引用没有指向实体,却在操作实体中的元素时。

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加:2022-10-17 12:59:49  更:2022-10-17 13:04:21 
 
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