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;
  }
}

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();
}

 


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