02 数组

2.1 数组的特点

  • 数组属于引用类型的变量。数组的元素，既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型。
  • 创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间
  • 数组的长度一旦确定，就不能修改
  • 数组是有序排列的

2.2 数组的一些操作

1.初始化和长度

//1.1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
 int[] ids = new int[]{1001,1002,1003,1004}; 
 //1.2动态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作分开进行
 String[] names = new String[5]; 
 
 //长度
 names.length

2.数组元素的默认初始化值

数组元素是整形：0
 数组元素是浮点型：0.0
 数组元素是char型：0或'\u0000'，而非'0'
 数组元素是boolean型:false
 数组元素是引用数据类型：null

2.3 内存的简化结构

java double数组怎么变成Double java创建double数组_数组

一维数组的内存解析

int[] arr = new int[]{1,2,3};
 String[] arr1 = new String[4];
 arr1[1] = “刘德华”;
 arr1[2] = “张学友”;
 arr1 = new String[3];
 System.out.println(arr1[1]);//null

java double数组怎么变成Double java创建double数组_java_02

2.4 二维数组

2.4.1 基本操作

初始化

//静态初始化
 int[][] arr1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
 //动态初始化1
 String[][] arr2 = new String[3][2];
 //动态初始化2
 String[][] arr3 = new String[3][];
 //也正确
 int[][] arr4 = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};//类型推断

长度

int[][] arr = {{1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10}};
 system.out.println(arr.length);//3,只看外层
 system.out.println(arr[1].length);//4，内层

2.4.2 默认初始化值

针对于初始化方式一：比如：int[][] arr = new int[4][3];
     外层元素的初始化值为：地址值
     内层元素的初始化值为：与一维数组初始化情况相同
  
 针对于初始化方式而：比如：int[][] arr = new int[4][];
     外层元素的初始化值为：null
     内层元素的初始化值为：不能调用，否则报错。
 
 int[][] arr = new int[4][3];
 System.out.println(arr);//[[I@2b71fc7e 二维int型的地址
 System.out.println(arr[0]);//[I@5ce65a89 一维int型的地址
 System.out.println(arr[0][0]);//0

2.4.3 内存解析

示例

int[][] arr1 = new int[4][];
 arr1[1] = new int[]{1,2,3};
 arr1[2] = new int[4];
 arr1[2][1] = 30;

java double数组怎么变成Double java创建double数组_数组_03

2.5 一些题目

代码1

/*
  * 使用二维数组打印一个 10 行杨辉三角
  * 1. 第一行有 1 个元素, 第 n 行有 n 个元素
  * 2. 每一行的第一个元素和最后一个元素都是 1
  * 3. 从第三行开始, 对于非第一个元素和最后一个元素的元素。
  * 即：yanghui[i][j] = yanghui[i-1][j-1] + yanghui[i-1][j];
  */
 public class YangHuiTest {
     public static void main(String[] args) {
         int[][] yangHui = new int[10][];
         for(int i = 0;i < yangHui.length;i++){
             yangHui[i] = new int[i + 1];
             yangHui[i][0] = yangHui[i][i] = 1;
             for(int j = 1;j < yangHui[i].length - 1;j++){
                 yangHui[i][j] = yangHui[i-1][j-1] + yangHui[i-1][j];
             }
         }
 
         for(int i = 0;i < yangHui.length;i++){
             for(int j = 0;j< yangHui[i].length;j++){
                 System.out.print(yangHui[i][j] + " ");
             }
             System.out.println();
         }
     }
 }

代码2

/*
  *创建一个长度为 6 的 int 型数组，要求取值为 1-30，同时元素值各不相同
  */
 public class RandomArray {
     public static void main(String[] args) {
         // 方式一：
 //      int[] arr = new int[6];
 //      for (int i = 0; i < arr.length; i++) {// [0,1) [0,30) [1,31)
 //          arr[i] = (int) (Math.random() * 30) + 1;
 //
 //          boolean flag = false;
 //          while (true) {
 //              for (int j = 0; j < i; j++) {
 //                  if (arr[i] == arr[j]) {
 //                      flag = true;
 //                      break;
 //                  }
 //              }
 //              if (flag) {
 //                  arr[i] = (int) (Math.random() * 30) + 1;
 //                  flag = false;
 //                  continue;
 //              }
 //              break;
 //          }
 //      }
 //
 //      for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
 //          System.out.println(arr[i]);
 //      }
         // 方式二：
         int[] arr2 = new int[6];
         for (int i = 0; i < arr2.length; i++) {
             arr2[i] = (int) (Math.random() * 30) + 1;// [0,1) [0,30) [1,31)
 
             for (int j = 0; j < i; j++) {
                 if (arr2[i] == arr2[j]) {
                     i--;
                     break;
                 }
             }
         }
 
         for (int i = 0; i < arr2.length; i++) {
             System.out.println(arr2[i]);
         }  
     }
 }

代码3

/*
  * 回形数格式方阵的实现
  * 从键盘输入一个整数（1~20） 
  * 则以该数字为矩阵的大小，把 1,2,3…n*n 的数字按照顺时针螺旋的形式填入其中。例如： 输入数字2，则程序输出： 1 2 
  *      4 3 
  * 输入数字 3，则程序输出：1 2 3 
  *                     8 9 4 
  *                     7 6 5 
  * 输入数字 4， 则程序输出： 
  * 1   2   3   4
  * 12  13  14  5 
  * 11  16  15  6 
  * 10  9   8   7
  */
 public class ArrayTest {
     public static void main(String[] args) {
         Scanner scanner = new Scanner(System.in);
         System.out.println("输入一个数字:");
         int len = scanner.nextInt();
         int[][] arr = new int[len][len];
         int s = len * len;
         /*
          * k = 1:向右 k = 2:向下 k = 3:向左 k = 4:向上
          */
         int k = 1;
         int i = 0, j = 0;
         for (int m = 1; m <= s; m++) {
             if (k == 1) {
                 if (j < len && arr[i][j] == 0) {
                     arr[i][j++] = m;
                 } else {
                     k = 2;
                     i++;
                     j--;
                     m--;
                 }
             } else if (k == 2) {
                 if (i < len && arr[i][j] == 0) {
                     arr[i++][j] = m;
                 } else {
                     k = 3;
                     i--;
                     j--;
                     m--;
                 }
             } else if (k == 3) {
                 if (j >= 0 && arr[i][j] == 0) {
                     arr[i][j--] = m;
                 } else {
                     k = 4;
                     i--;
                     j++;
                     m--;
                 }
             } else if (k == 4) {
                 if (i >= 0 && arr[i][j] == 0) {
                     arr[i--][j] = m;
                 } else {
                     k = 1;
                     i++;
                     j++;
                     m--;
                 }
             }
         }
         // 遍历
         for (int m = 0; m < arr.length; m++) {
             for (int n = 0; n < arr[m].length; n++) {
                 System.out.print(arr[m][n] + "\t");
             }
             System.out.println();
         }
     }
 }

2.6 数组中涉及的常见算法

2.6.1 随机数random

[a, b]的随机数公式：(int)(Math.random() * (b - a + 1) + a)

如[10,99],则是math.random() * 90 + 10

2.6.2 数组的赋值与复制

/*
  * 使用简单数组
  * (1)创建一个名为 ArrayTest 的类，在 main()方法中声明 array1 和 array2 两个变量，他们是 int[]类型的数组。
  * (2)使用大括号{}，把 array1 初始化为 8 个素数：2,3,5,7,11,13,17,19。
  * (3)显示 array1 的内容。
  * (4)赋值 array2 变量等于 array1，修改 array2 中的偶索引元素，使其等于索引值(如 array[0]=0,array[2]=2)。打印出 array1。
  */
 public class ArrayTest2 {
     public static void main(String[] args) {
         //声明 array1 和 array2 两个 int[]变量
         int[] array1,array2;
         //array1 初始化
         array1 = new int[]{2,3,5,7,11,13,17,19};
         
         //显示 array1 的内容==遍历。
         for(int i = 0;i < array1.length;i++){
             System.out.print(array1[i] + "\t");
         }
     
         //赋值 array2 变量等于 array1
         //不能称作数组的复制。
         array2 = array1;
         
         //修改 array2 中的偶索引元素，使其等于索引值(如array[0]=0,array[2]=2)
         for(int i = 0;i < array2.length;i++){
             if(i % 2 == 0){
                 array2[i] = i;
             }
         }
         System.out.println();
         
         //打印出 array1
         for(int i = 0;i < array1.length;i++){
             System.out.print(array1[i] + "\t");
         }
     }
 }

观察结果发现虽然改动的是array2，但array1内的数据也发生改变，这是因为array2 = array1的语句导致array1 和 array2 地址值相同，都指向了堆空间的唯一的一个数组实体，这是赋值操作,下面才是复制

//数组的复制
         array2 = new int[array1.length];
         for(int i = 0;i < array2.length;i++){
             array2[i] = array1[i];
         }

java double数组怎么变成Double java创建double数组_数组_04

java double数组怎么变成Double java创建double数组_java_05

2.6.3 数组的反转

//方法一： for(int i = 0;i < arr.length / 2;i++){
     String temp = arr[i];
     arr[i] = arr[arr.length - i - 1];
     arr[arr.length - i - 1] = temp;
 }
 
 //方法二：
 for(int i = 0,j = arr.length - 1;i < j;i++,j--){
     String temp = arr[i];
     arr[i] = arr[j];
     arr[j] = temp;
 }

2.6.4 数组的查找算法

线性查找

  • 字符串的相等比较用equals()
String dest = "BB"; //要查找的元素 boolean isFlag = true;
 
 for(int i = 0;i < arr.length;i++){
     if(dest.equals(arr[i])){
         System.out.println("找到了指定元素，位置为：" + i);
         isFlag = false;
         break;
     }
 }
 if(isFlag){
     System.out.println("很遗憾，没找到！");
 }


二分法查找

前提是有序

int[] arr2 = new int[]{-98,-34,2,34,54,66,79,105,210,333}; int dest1 = -34;
 
 int head = 0;   //初始的首索引
 int end = arr2.length - 1;  //初始的末索引
 boolean isFlag1 = true;
 
 while(head <= end){
     int middle = (head + end)/2;
 
     if(dest1 == arr2[middle]){
         System.out.println("找到了指定元素，位置为：" + middle);
         isFlag1 = false;
         break;
     }else if(arr2[middle] > dest1){
         end = middle - 1;
     }else{
         head = middle + 1;
     }   
 }
 
 if(isFlag1){
     System.out.println("很遗憾，没找到！");
 }

2.6.5 数组的排序算法

2.6.5.1 衡量排序算法的优劣

  1. 时间复杂度：分析关键字的比较次数和记录的移动次数
  2. 空间复杂度：分析排序算法中需要多少辅助内存
  3. 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。

2.6.5.2 十大内部排序算法

分类

  • 选择排序
  • 直接选择排序、堆排序
  • 交换排序
  • 冒泡排序、快速排序
  • 插入排序
  • 直接插入排序、折半插入排序、希尔排序
  • 归并排序
  • 桶式排序
  • 基数排序

性能对比

java double数组怎么变成Double java创建double数组_System_06

2.6.5.3 冒泡排序

基本思想：

通过对待排序序列从前向后，依次比较相邻元素的排序码，若发现逆序则交换，使排序码较大的元素逐渐从前部移向后部。

java double数组怎么变成Double java创建double数组_初始化_07


for(int i = 0;i < arr.length - 1;i++){       for(int j = 0;j < arr.length - 1 - i;j++){
         if(arr[j] > arr[j+1]){
             int temp = arr[j];
             arr[j] = arr[j+1];
             arr[j+1] = temp;
         }
     }
 }

2.6.5.4 快速排序

基本思想

  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。

java double数组怎么变成Double java创建double数组_初始化_08

/**   * 快速排序
   * 通过一趟排序将待排序记录分割成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分关键字小，
   * 则分别对这两部分继续进行排序，直到整个序列有序。
   *
  */
 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));
     }
 }

2.7 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。

1

boolean equals(int[] a,int[] b)

判断两个数组是否相等。

2

String toString(int[] a)

输出数组信息。

3

void fill(int[] a,int val)

将指定值填充到数组之中。

4

void sort(int[] a)

对数组进行排序。

5

int binarySearch(int[] a,int key)

对排序后的数组进行二分法检索指定的值。

代码示例

//1.boolean equals(int[] a,int[] b)判断两个数组是否相等。 int[] arr1 = new int[]{1,2,3,4};
 int[] arr2 = new int[]{1,2,9,3};
 boolean isEquals = Arrays.equals(arr1, arr2);
 System.out.println(isEquals);
 
 //2.String toString(int[] a)输出数组信息。
 System.out.println(Arrays.toString(arr1));      
 
 //3.void fill(int[] a,int val)将指定值填充到数组之中。
 Arrays.fill(arr1, 10);
 System.out.println(Arrays.toString(arr1));//[10 10 10 10]       
 
 //4.void sort(int[] a)对数组进行排序。
 Arrays.sort(arr2);
 System.out.println(Arrays.toString(arr2));
 
 //5.int binarySearch(int[] a,int key)对排序后的数组进行二分法检索指定的值。
 int[] arr3 = new int[]{-98,-34,2,34,56,78,100,210,485}; 
 int index = Arrays.binarySearch(arr3, 210);//返回负数就是没找到
 if(index >= 0){
     System.out.println(index);
 }else{
     System.err.println("未找到。");


2.8 数组使用中的常见异常

数组中的常见异常：

  • 数组角标越界的异常:ArrayIndexOutOfBoundsException
  • 空指针异常:NullPointerException

示例

//1.数组角标越界的异常:ArrayIndexOutOfBoundsException int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
 
 //错误1：
 for(int i = 0;i <= arr.length;i++){
     System.out.println(arr[i]);
 }
 //错误2：
 System.out.println(arr[-2]);
 
 //2.空指针异常:NullPointerException
 //情况一:
 int[] arr2= new int[]{1,2,3};
 arr2 = null;
 System.out.println(arr2[0]);
 //情况二:
 int[][] arr2 = new int[4][];
 System.out.println(arr2[0][0]);
 
 //情况三:
 String[] arr3 = new String[]{"AA","QQ","YY","XX","TT","KK"};
 arr3[0] = null;
 System.out.println(arr3[0].toString()); //调用null的方法，所以空指针