自學Java第四章——《數組》

4.1 數組的相關概念和名詞（了解）

1、數組(array)：

一組具有相同數據類型的數據的按照一定順序排列的集合。

把有限的幾個相同類型的變量使用一個名稱來進行統一管理。

2、數組名：

（1）這個數組名，代表的是一組數

（2）這個數組名中存儲的整個數組的“首地址”

3、下標(index)：

我們使用編號、索引、下標來區別表示一組數當中某一個。

范圍：[0,數組長度-1]

例如：for(int i = 0; i<arr.length; i++){}

4、元素(element)：

這一組中的的每一個數據都是元素。

如何表示數組元素？ 數組名[下標]

5、數組的長度(length)

數組中元素的總個數。

如何獲取數組長度？ 數組名.length

注意：名稱是為了溝通的方便，概念不用一字不落背下來

4.2 數組的相關語法

4.2.1 數組的聲明

語法格式：

 //推薦
元素的數據類型[] 數組名;
​
 //也對，但是不推薦
元素的數據類型  數組名[];

示例：

//要存儲一組整數
int[] array;
​
//要存儲一組單字符
char[] array;
​
//要存儲一組字符串
String[] array;

4.2.2 數組的初始化

初始化的目的：（1）確定數組的長度（2）為元素賦值

兩種初始化方式：

1、動態初始化

語法格式：

//指定數組長度
數組名 = new 元素的數據類型[長度];
​
//為元素賦值
數組名[下標] = 值; //這個值可以是個常量值，也可以是個表達式的計算結果，也可以是鍵盤輸入的
​
//如果每個元素的賦值比較有規律，通常使用for循環賦值
for(int i=0; i<長度; i++){
    數組名[下標] = 值;
}

問：如果只指定數組長度，沒有為元素手動賦值，那么元素有值嗎？

有默認值

（1）基本數據類型

byte,short,int,long：0

float,double：0.0

char：\u0000

boolean：false

（2）引用數據類型

統統都是null

 

2、靜態初始化

語法格式：

數組名 = new 元素的數據類型[]{值列表};
​
//int[] arr = new int[5]{1,2,3,4,5};//錯誤的
​
//更簡潔
//當聲明與靜態初始化一起完成時，可以簡化
元素的數據類型[] 數組名 = {值列表};

適用場合：

當數組的元素是已知的有限個時，可以使用靜態初始化。

示例代碼：

String[] weeks = {"monday","tuesday","wednesday","thursday","friday","saturday","sunday"};
​
int[] daysOfMonths = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
​
char[] letters = {'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z'};

 

4.2.3 數組的遍歷

for循環遍歷數組：

for(int i=0; i<數組名.lenght; i++){
    //或賦值
    數組名[i] = 值;
    //或顯示
    System.out.println(數組名[i])；
    //或其他操作
    //例如：判斷是否是偶數
    if(數組名[i]%2==0){
          //...
   }
}

 

4.2.4 數組的內存分析

元素是基本數據類型的一維數組內存分析：

int[] arr = {1,2,3,4,5};

 

int[] arr = new int[5];
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    arr[i] = i+1;
}

 

 

4.3 數組的相關算法

4.3.1 數組找最值

1、數組中找最值

思路：

（1）先假設第一個元素最大/最小

（2）然后用max/min與后面的元素一一比較

示例代碼：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
//找最大值
int max = arr[0];
for(int i=1; i<arr.length; i++){
    if(arr[i] > max){
        max = arr[i];
   }
}

2、數組中找最值及其下標

情況一：找最值及其第一次出現的下標

思路：

（1）先假設第一個元素最大/最小

（2）然后用max/min與后面的元素一一比較

示例代碼：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
//找最大值
int max = arr[0];
int index = 0;
for(int i=1; i<arr.length; i++){
    if(arr[i] > max){
        max = arr[i];
        index = i;
   }
}

或

int[] arr = {4,5,6,1,9};
//找最大值
int maxIndex = 0;
for(int i=1; i<arr.length; i++){
    if(arr[i] > arr[maxIndex]){
        maxIndex = i;
   }
}
System.out.println("最大值：" + arr[maxIndex]);

 

情況二：找最值及其所有最值的下標（即可能最大值重復）

思路：

（1）先找最大值

①假設第一個元素最大

②用max與后面的元素一一比較

（2）遍歷數組，看哪些元素和最大值是一樣的

示例代碼：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
//找最大值
int max = arr[0];
for(int i=1; i<arr.length; i++){
    if(arr[i] > max){
        max = arr[i];
   }
}
​
//遍歷數組，看哪些元素和最大值是一樣的
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    if(max == arr[i]){
        System.out.print(i+"\t");
   }
}

 

4.3.2 數組統計：求總和、均值、統計偶數個數等

思路：遍歷數組，挨個的累加，判斷每一個元素

示例代碼：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
//求總和、均值
int sum = 0;//因為0加上任何數都不影響結果
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    sum += arr[i];
}
double avg = (double)sum/arr.length;

示例代碼2：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
​
//求總乘積
long result = 1;//因為1乘以任何數都不影響結果
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    result *= arr[i];
}

示例代碼3：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
//統計偶數個數
int even = 0;
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    if(arr[i]%2==0){
        even++;
   }
}

 

4.3.3 反轉

方法有兩種：

1、借助一個新數組

2、首尾對應位置交換

第一種方式示例代碼：

int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
​
//(1)先創建一個新數組
int[] newArr = new int[arr.length];
​
//(2)復制元素
int len = arr.length;
for(int i=0; i<newArr.length; i++){
    newArr[i] = arr[len -1 - i];
}
​
//(3)舍棄舊的，讓arr指向新數組
arr = newArr;//這里把新數組的首地址賦值給了arr
​
//(4)遍歷顯示
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    System.out.println(arr[i]);
}

第二種方式示例代碼：

int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};

//(1)計算要交換的次數：  次數 = arr.length/2
//(2)首尾交換
for(int i=0; i<arr.length/2; i++){//循環的次數就是交換的次數
    //首  與  尾交換
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[arr.length-1-i];
	arr[arr.length-1-i] = temp;
}

//（3）遍歷顯示
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    System.out.println(arr[i]);
}

4.3.4 復制

應用場景：

1、擴容

2、備份

3、截取

示例代碼：擴容

int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
​
//如果要把arr數組擴容，增加1個位置
//(1)先創建一個新數組，它的長度 = 舊數組的長度+1
int[] newArr = new int[arr.length + 1];
​
//(2)復制元素
//注意：i<arr.length   因位arr比newArr短，避免下標越界
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    newArr[i] = arr[i];
}
​
//(3)把新元素添加到newArr的最后
newArr[newArr.length-1] = 新值;
​
//(4)如果下面繼續使用arr，可以讓arr指向新數組
arr = newArr;
​
//(4)遍歷顯示
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    System.out.println(arr[i]);
}

示例代碼：備份

int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
​
//1、創建一個長度和原來的數組一樣的新數組
int[] newArr = new int[arr.length];
​
//2、復制元素
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    newArr[i] = arr[i];
}
​
//3、遍歷顯示
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    System.out.println(arr[i]);
}

示例代碼：截取

int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
​
int start = 2;
int end = 5;
​
//1、創建一個新數組，新數組的長度 = end-start + 1;
int[] newArr = new int[end-start+1];
​
//2、賦值元素
for(int i=0; i<newArr.length; i++){
    newArr[i] = arr[start + i];
}
​
//3、遍歷顯示
for(int i=0; i<newArr.length; i++){
    System.out.println(newArr[i]);
}

4.3.5 查找

查找分為兩種：

1、順序查找：挨個看

對數組沒要求

2、二分查找：對折對折再對折

對數組有要求，元素必須有大小順序的

順序查找示例代碼：

int[] arr = {4,5,6,1,9};
int value = 1;
int index = -1;
​
for(int i=0; i<arr.length; i++){
    if(arr[i] == value){
        index = i;
        break;
   }
}
​
if(index==-1){
    System.out.println(value + "不存在");
}else{
    System.out.println(value + "的下標是" + index);
}

二分查找示例代碼：

/*
2、編寫代碼，使用二分查找法在數組中查找 int value = 2;是否存在，如果存在顯示下標，不存在顯示不存在。
已知數組：int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
*/
class Exam2{
 public static void main(String[] args){
  int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};//數組是有序的
  int value = 2;
  
        int index = -1;
  int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        int mid = (left + right)/2;
        while(left<=right){
            //找到結束
            if(value == arr[mid]){
                index = mid;
                break;
           }//沒找到
            else if(value > arr[mid]){//往右繼續查找
                //移動左邊界，使得mid往右移動
                left = mid + 1;
           }else if(value < arr[mid]){//往左邊繼續查找
                right = mid - 1;
           }
            
            mid = (left + right)/2;
       }
        
        if(index==-1){
     System.out.println(value + "不存在");
  }else{
     System.out.println(value + "的下標是" + index);
  }
        
 }
}

使用for

class Exam2{
 public static void main(String[] args){
  int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};//數組是有序的
  int value = 2;
  
        int index = -1;
        
        for(int left=0,right=arr.length-1,mid = (left+right)/2; left<=right; mid = (left + right)/2){
             //找到結束
            if(value == arr[mid]){
                index = mid;
                break;
           }//沒找到
            else if(value > arr[mid]){//往右繼續查找
                //移動左邊界，使得mid往右移動
                left = mid + 1;
           }else if(value < arr[mid]){//往左邊繼續查找
                right = mid - 1;
           }
       }
        
  
        
        if(index==-1){
     System.out.println(value + "不存在");
  }else{
     System.out.println(value + "的下標是" + index);
  }
        
 }
}

 

4.3.6 排序

數組的排序算法有千萬種，我們只講了兩種：

1、冒泡排序

2、簡單的直接排序

示例代碼：冒泡：從小到大，從左到右兩兩比較

int[] arr = {5,4,6,3,1};
for(int i=1; i<arr.length; i++){//外循環的次數 = 輪數 = 數組的長度-1
    /*
    第1輪，i=1,從左到右兩兩比較，arr[0]與arr[1]。。。。。arr[3]與arr[4]
    第2輪，i=2,從左到右兩兩比較，arr[0]與arr[1]。。。。。arr[2]與arr[3]
    ...
       arr[j]與arr[j+1]比較
    找兩個關鍵點：（1）j的起始值：0（2）找j的終止值，依次是3,2,1,0，得出j<arr.length-i
    */
    for(int j=0; j<arr.length-i; j++){
        //兩兩比較
        //從小到大，說明前面的比后面的大，就交換
        if(arr[j] > arr[j+1]){
            int temp = arr[j];
            arr[j] = arr[j+1];
            arr[j+1] = temp;
       }
   }
}

示例代碼：從大到小，從右到左

char[] arr = {'h','e','l','l','o','j','a','v','a'};
for(int i=1; i<arr.length; i++){//外循環的次數 = 輪數 = 數組的長度-1
    /*
    第1輪，i=1，從右到左兩兩比較，arr[8]與arr[7]，arr[7]與arr[6]....arr[1]與arr[0]
    第2輪，i=2，從右到左兩兩比較，arr[8]與arr[7]，arr[7]與arr[6]....arr[2]與arr[1]
    ...
    第8輪，i=8，從右到左兩兩比較，arr[8]與arr[7]
       arr[j]與arr[j-1]
    找兩個關鍵點：（1）j的起始值：8（2）找j的終止值，依次是1,2,3,。。。8，得出j>=i
    */
    for(int j=8; j>=i; j--){
        //從大到小，后面的元素 > 前面的元素，就交換
        if(arr[j]>arr[j-1]){
            int temp = arr[j];
            arr[j] = arr[j-1];
            arr[j-1] = temp;
       }
   }
} 

示例代碼：簡單的直接選擇排序

int[] arr = {3,2,6,1,8};
​
for(int i=1; i<arr.length; i++){//外循環的次數 = 輪數 = 數組的長度-1
    //（1）找出本輪未排序元素中的最值
    /*
    未排序元素：
    第1輪：i=1,未排序，[0,4]
    第2輪：i=2,未排序，[1,4]
    ...
    
    每一輪未排序元素的起始下標：0,1,2,3，正好是i-1的
    未排序的后面的元素依次：
    第1輪：[1,4] j=1,2,3,4
    第2輪：[2,4] j=2,3,4
    第3輪：[3,4] j=3,4
    第4輪：[4,4] j=4
    j的起點是i，終點都是4
    */
    int max = arr[i-1];
    int index = i-1;
    for(int j=i; j<arr.length; j++){
        if(arr[j] > max){
            max = arr[j];
            index = j;
       }
   }
    
    //（2）如果這個最值沒有在它應該在的位置，就與這個位置的元素交換
    /*
    第1輪，最大值應該在[0]
    第2輪，最大值應該在[1]
    第3輪，最大值應該在[2]
    第4輪，最大值應該在[3]
    正好是i-1的值
    */
    if(index != i-1){
        //交換arr[i-1]與arr[index]
        int temp = arr[i-1];
        arr[i-1] = arr[index];
        arr[index] = temp;
   }
}
​
​
​
//顯示結果
for(int i=0; i<arr.length; i++){
 System.out.print(arr[i]);
}

 

4.4 二維數組

二維數組的標記：[][]

4.4.1 相關的表示方式

（1）二維數組的長度/行數：

二維數組名.length

（2）二維數組的其中一行：

二維數組名[行下標]

行下標的范圍：[0, 二維數組名.length-1]

（3）每一行的列數：

二維數組名[行下標].length

因為二維數組的每一行是一個一維數組

（4）每一個元素

二維數組名[行下標][列下標]

4.4.2 二維數組的聲明和初始化

1、二維數組的聲明

  //推薦
  元素的數據類型[][] 二維數組的名稱;
​
 //不推薦
 元素的數據類型  二維數組名[][];
 //不推薦
  元素的數據類型[]  二維數組名[];

面試：

int[] x, y[];
//x是一維數組，y是二維數組

 

2、二維數組的初始化

（1）靜態初始化

二維數組名 = new 元素的數據類型[][]{
   {第一行的值列表}, 
   {第二行的值列表},
   ...
   {第n行的值列表}
  };
  
//如果聲明與靜態初始化一起完成
元素的數據類型[][] 二維數組的名稱 = {
   {第一行的值列表}, 
   {第二行的值列表},
   ...
   {第n行的值列表}
  };

（2）動態初始化（不規則：每一行的列數可能不一樣）

//（1）先確定總行數
二維數組名 = new 元素的數據類型[總行數][];
​
//（2）再確定每一行的列數
二維數組名[行下標] = new 元素的數據類型[該行的總列數];
​
//(3)再為元素賦值
二維數組名[行下標][列下標] = 值;

（3）動態初始化（規則：每一行的列數是相同的）

//（1）確定行數和列數
二維數組名 = new 元素的數據類型[總行數][每一行的列數];
​
//（2）再為元素賦值
二維數組名[行下標][列下標] = 值;

 

4.4.3 二維數組的遍歷

for(int i=0; i<二維數組名.length; i++){
   for(int j=0; j<二維數組名[i].length; j++){
       System.out.print(二維數組名[i][j]);
   }
   System.out.println();
}