数组是学习编程语言时较先接触到的一种数据结构，本章基于Java的静态数组实现动态数组，并进行简单的复杂度分析
数组相信各位都知道，那什么是动态数组呢？我们定义一个数组后，一般长度会直接定义好，如果数组容量被存满，就无法再继续往数组中添加元素，动态数组则是当容量被存满，会自动进行扩容操作
添加元素后自动扩容
删除元素后自动缩容
public class Array<E> {
private int size;
private Object[] data;
//有参构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity) {
size = 0;
data = new Object[capacity];
}
//无参构造函数，调用有参构造函数，默认定义capacity数组容量为10
public Array() {
this(10);
}
//获取数组中元素的个数
public int getSize() {
return size;
}
//获取数组的容量
public int getCapacity() {
return data.length;
}
//判断数组是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//在数组的尾部添加元素
public void addLast(E e) {
add(size, e);
}
//在数组的头部添加元素
public void addFirst(E e) {
add(0, e);
}
//在下标为index的位置插入一个元素e
public void add(int index, E e) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed,index need >=0 and <=size");
if (size == data.length) {
resize(2 * data.length);
}
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = e;
size++;
}
/*
* 重新定义数组的容量，当数组元素增加或减少到一定条件时
* 调用此方法更改数组容量，实现数组自动扩容与缩容
*/
private void resize(int newCapacity) {
Object[] newData = new Object[newCapacity];
for (int i = 0; i < size; i++)
newData[i] = data[i];
data = newData;
}
//获取下标为index的元素
public Object get(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed,index is illegal");
return data[index];
}
//获取第一个元素
public Object getFirst() {
return get(0);
}
//移除元素e
public void removeElement(E e) {
int index = find(e);
if (index != -1)
remove(index);
}
//移除下标为index的元素，并返回被移除的元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed,index is illegal");
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
resize(data.length / 2);
}
Object temp = data[index];
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
data[size] = null;
return (E) temp;
}
//移除第一个元素并返回
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
//移除最后一个元素并返回
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
//判断数组中是否包含元素e
public boolean contains(E e) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (data[i].equals(e))
return true;
}
return false;
}
//查询元素e的下标
public int find(E e) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (data[i].equals(e))
return i;
}
return -1;
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %dn", size, data.length));
res.append("[");
for (int i = 0; i < size; i++) {
res.append(data[i]);
if (i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append("]");
return res.toString();
}
}
简单时间复杂度分析
增：
add(index,e) O(n)
addLast(e) O(1)
addFirst(e) O(1)
取最坏的情况所以增的时间复杂度是 O(n)
删：
删除与增加同理同是 O(n)
改：
set(index,e)
已知索引的情况下是O(1)，未知索引的情况下是O(n)
查：
get(index) O(1)
contains(e) O(n)
find(e) O(n)
已知索引的情况下是O(1)，未知索引的情况下是O(n)
均摊复杂度分析
addLast：O(1)
当数组增加元素达到一定数量时，会调用resize方法进行扩容操作，例如：
一个容量为8的数组，当addLast调用9次时，会调用resize方法进行扩容操作，显然并不是每次addLast都会调用resize，所以说9次addLast操作会触发一次resize(给容量为8的数组扩容时，会有8次元素存入新数组的操作)，总共进行了17 (9次addLast加上扩容的8次元素存入新数组的操作) 次基本操作
平均每次addLast操作，进行2 (17÷9≈2) 次基本操作
也就是说，当数组容量为n时，n+1次addLast操作会调用一次resize操作，总共2n+1次基本操作
平均每次addLast操作，进行2次基本操作
所以addLast的时间复杂度可以算是O(1)的，也就是说在均摊计算中，比计算最坏的情况有意义
removeLast：与addLast同理
复杂度的震荡
当同时思考addLast和removeLast操作的时候：
假如调用addLast触发resize扩容后调用removeLast显然也会调用resize进行缩容，这个操作如果反复执行就会导致复杂度的震荡，所以代码中removeLast方法中,并没有像addLast中那样直接让data.length/2，而是当数组内的元素等于四分之一容量的时候，才会执行缩容的操作，就可以解决复杂度的震荡
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
resize(data.length / 2);
}
