Java学习第四篇:数组，排序，查找

一.数组

1.一维数组

(1).数组的定义

数据类型 数组名[]=new 数据类型[大小]

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //第一种定义方式
        int arr[];
        arr=new int[5];
        //第二种定义方式
        int arr2[]=new int[5];
        //第三种定义方式
        int[] arr3;
        arr3=new int[5];
        //第四种定义方式
        int arr4[]={1,2,3,4};
    }
}

(2).对象数组

假设一个养狗场有4只狗, 名字分别是花花, 白白, 黑黑, 红红, 体重分别为4.5Kg, 5.6Kg, 7.8Kg, 9.0Kg, 计算出平均体重, 并找出体重最大的狗的名字.

import java.io.*;
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //输入流
            InputStreamReader isr=new InputStreamReader(System.in);
            BufferedReader bReader=new BufferedReader(isr);
            
            //定义一个对象数组,可以存放4只狗的对象数组
            Dog dogs[]=new Dog[4];
            //给对象赋值
            for(int i=0;i<dogs.length;i++){
                //这里要创建dog[i]对象
                dogs[i]=new Dog();
                System.out.println("请输入第"+(i+1)+"狗的名字:");
                String dogName=bReader.readLine();
                dogs[i].setName(dogName);
                
                System.out.println("请输入第"+(i+1)+"狗的体重:");
                String dogWeight=bReader.readLine();
                float dWeight=Float.parseFloat(dogWeight);
                dogs[i].setWeight(dWeight);
            }
            
            //总体重
            float allWeight=0;
            //平均体重
            float averWeight=0;
            for(int i=0;i<dogs.length;i++){
                allWeight+=dogs[i].getWeight();
            }
            averWeight=allWeight/dogs.length;
            System.out.println("平均体重为:"+averWeight);
            
            //体重最大的
            float maxWeight=dogs[0].getWeight();
            int maxWeightIndex=0;
            for(int i=1;i<dogs.length;i++){
                if(maxWeight<dogs[i].getWeight()){
                    maxWeight=dogs[i].getWeight();
                    maxWeightIndex=i;
                }
            }
            System.out.println("体重最大的狗是:"+dogs[maxWeightIndex].getName()+
                               " 体重为:"+dogs[maxWeightIndex].getWeight());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Dog {
    private String name;
    private float weight;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public float getWeight() {
        return weight;
    }
    public void setWeight(float weight) {
        this.weight = weight;
    }
}

运行结果：

请输入第1狗的名字:
花花
请输入第1狗的体重:
4.5
请输入第2狗的名字:
白白
请输入第2狗的体重:
5.6
请输入第3狗的名字:
黑黑
请输入第3狗的体重:
7.8
请输入第4狗的名字:
红红
请输入第4狗的体重:
9.0
平均体重为:6.7250004
体重最大的狗是:红红 体重为:9.0

(3).数组小结

①数组可存放同一类型的数据;

②简单数据类型(int, float...)数组可直接赋值, 对象数组在定义后,赋值时需要再次为每个对象分配空间;

③数组大小必须事先指定;

④数组名可理解为指向数组首地址的引用;

⑤数组的下标是从0开始编号的.

2.多维数组

二维数组的定义

数据类型 数组名[][]=new 数据类型[大小][大小]

二.排序

这里主要介绍了七种常用的排序方法, 包括冒泡排序, 选择排序, 直接插入排序, 希尔排序, 堆排序, 归并排序和快速排序. 这里主要参考了《大话数据结构》和《MoreWindows白话经典算法之七大排序第2版(高清)》", 下载链接为http://download.csdn.net/detail/morewindows/4560056

1.冒泡排序

class BubbleSort {
    /**
     * 冒泡排序方法1,从小到大
     * 如果经过一趟排序之后没有任何交换,说明已经排好序了,不需要再进行下去了
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void bubbleSort1(int arr[]) {
        //标记位
        boolean Flag=true;
        int k=arr.length;
        while(Flag) {
            Flag=false;
            for(int j=1;j<k;j++) {
                //如果前面的数大于后面的数,则交换这两个数
                if(arr[j-1]>arr[j]) {
                    arr[j-1]^=arr[j];
                    arr[j]^=arr[j-1];
                    arr[j-1]^=arr[j];
                    Flag=true;
                }
            }
            k--;
        }
    }
    
    
    /**
     * 冒泡排序方法2,从小到大
     * 如果有100个数的数组,仅前面10个无序,后面90个都已经排好序了且大于前面10个数字
     * 那么在第一趟遍历后,最后发生交换的位置必定小于10,且这个位置之后的数据必定已经
     * 有序了,记录下这个位置,第二次只要从数组头部遍历到这个位置就可以了
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void bubbleSort2(int arr[]) {
        //标记位置的标记位
        int Flag=arr.length;
        int k;
        while(Flag>0) {
            k=Flag;
            Flag=0;
            for(int j=1;j<k;j++) {
                if(arr[j-1]>arr[j]) {
                    arr[j-1]^=arr[j];
                    arr[j]^=arr[j-1];
                    arr[j-1]^=arr[j];
                    //更新记录交换位置的变量Flag
                    Flag=j;
                }
            }
        }
    }
    
}

2.选择排序

class SelectSort {
    /**
     * 选择排序,从小到大
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void selectSort(int arr[]) {
        int length=arr.length;
        //最小值的下标索引
        int minIndex;
        for(int i=0;i<length;i++) {
            minIndex=i;
            for(int j=i+1;j<length;j++) {
                if(arr[j]<arr[minIndex]) {
                    minIndex=j;
                }
            }
            if(minIndex!=i) {
                if(arr[minIndex]!=arr[i]) {
                    arr[minIndex]^=arr[i];
                    arr[i]^=arr[minIndex];
                    arr[minIndex]^=arr[i];
                }
            }
        }
    }
    
}

3.插入排序

class InsertSort {
    /**
     * 插入排序,从小到大
     * 即每次arr[i]先和前面一个数据arr[i-1]比较,如果arr[i]>arr[i-1],说明arr[0...i]也是有序的,无须调整
     * 否则就令j=i-1,temp=arr[i],然后一边将数据arr[j]向后移动一边向前搜索,当有数据arr[j]<arr[i]时停止
     * 并将temp放到arr[j+1]处
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void insertSort(int arr[]) {
        int length=arr.length;
        int temp=0,j=0;
        for(int i=1;i<length;i++) {
            //比前面的数小
            if(arr[i]<arr[i-1]) {
                temp=arr[i];
                //向后移动
                for(j=i-1;j>=0 && arr[j]>temp;j--) {
                    arr[j+1]=arr[j];
                }
                arr[j+1]=temp;
            }
        }
    }
    
}

4.希尔排序

class ShellSort {
    /**
     * 希尔排序,从小到大
     * 希尔排序的实质就是分组插入排序,又称缩小增量排序
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void shellSort(int arr[]) {
        //gap为步长
        int i,j,gap;
        int length=arr.length;
        //步长
        for(gap=length/2;gap>0;gap/=2) {
            //分组
            for(i=0;i<gap;i++) {
                //每一组进行插入排序
                for(j=i+gap;j<length;j+=gap) {
                    if(arr[j]<arr[j-gap]) {
                        int temp=arr[j];
                        int k=j-gap;
                        while(k>=0 && arr[k]>temp) {
                            arr[k+gap]=arr[k];
                            k-=gap;
                        }
                        arr[k+gap]=temp;
                    }
                }
            }
        }
    }
    
}

5.堆排序

class HeapSort {
    /**
     * 堆排序,从大到小
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void heapSort(int arr[]) {
        int length=arr.length;
        //建立最小堆
        for(int i=length/2-1;i>=0;i--) {
            heapAdjust(arr,i,length);
        }
        
        //堆排序
        //构建小顶堆,排序的结果是由大到小
        for(int i=length-1;i>=1;i--) {
            //将小顶堆的顶部arr[0]与arr[i]依次交换
            if(arr[i]!=arr[0]) {
                arr[i]^=arr[0];
                arr[0]^=arr[i];
                arr[i]^=arr[0];
            }
            //重新构建小顶堆
            heapAdjust(arr,0,i);
        }
    }
    
    /**
     * 堆调整
     * @param arr 待排序数组
     * @param i   从i节点开始调整,从0开始计算,第i节点的子节点为2*i+1,2*i+2
      * @param n   节点总数
     */
    private void heapAdjust(int arr[],int i,int n) {
        //定义变量
        int j,temp;
        temp=arr[i];
        j=2*i+1;
        while(j<n) {
            //在左右节点中找最小的节点
            if(j+1<n && arr[j+1]<arr[j]) {
                j++;
            }
            //不需要调整
            if(arr[j]>=temp) {
                break;
            }
            //把较小的节点往上移动,替换它的父节点
            arr[i]=arr[j];
            i=j;
            j=2*i+1;
        }
        arr[i]=temp;
    }
    
}

6.归并排序

class MergeSort {
    /**
     * 归并排序,从小到大
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void mergeSort(int arr[]) {
        int length=arr.length;
        //创建一个和待排序数组同样大小临时数组
        int temp[]=new int[length];
        //归并排序
        merge_sort(arr, 0, length-1, temp);
    }
    
    /**
     * 归并排序
     * @param arr    待排序数组
     * @param first  起始下标
     * @param last   终点下标
     * @param temp   临时数组
     */
    private void merge_sort(int arr[],int first,int last,int temp[]) {
        if(first<last) {
            int mid=(first+last)/2;
            //左边有序
            merge_sort(arr, 0, mid, temp);
            //右边有序
            merge_sort(arr, mid+1, last, temp);
            //再将两个有序数组合并
            merge_array(arr, first, mid, last, temp);
        }
    }
    
    /**
     * 合并两个有序数组
     * @param arr    待排序数组
     * @param first  起始下标
     * @param mid    中间下标
     * @param last   终点下标
     * @param temp   临时数组
     */
    private void merge_array(int arr[],int first,int mid,int last,int temp[]) {
        int i=first,j=mid+1;
        int m=mid,n=last;
        int k=0;
        while(i<=m && j<=n) {
            if(arr[i]<arr[j]) {
                temp[k++]=arr[i++];
            }else {
                temp[k++]=arr[j++];
            }
        }
        while(i<=m) {
            temp[k++]=arr[i++];
        }
        while(j<=n) {
            temp[k++]=arr[j++];
        }
        for(i=0;i<k;i++) {
            arr[first+i]=temp[i];
        }
    }
    
}

7.快速排序

import java.util.*;
public class Demo9 {
    public static void main(String[] args) {
        //关于Java中生成特定区间里的随机数见http://blog.sina.com.cn/s/blog_59aebaa10100ct47.html
        //生成8000000个[1,9000000]之间的随机数
        Random random=new Random();
        int length=8000000;
        int arr[]=new int[length];
        for(int i=0;i<length;i++) {
            arr[i]=random.nextInt(9000000)+1;
        }
        
        //快速排序
        QuickSort qSort=new QuickSort();
        //关于统计程序运行时间见http://blog.csdn.net/uyu2yiyi/article/details/6267990
        //排序开始时间
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        qSort.quickSort(arr);
        //排序结束时间
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("快速排序时间为:"+(endTime-startTime)+"毫秒");
    }
}

class QuickSort {
    /**
     * 快速排序,从小到大
     * @param arr 待排序数组
     */
    public void quickSort(int arr[]) {
        quick_sort(arr, 0, arr.length-1);
    }
    
    /**
     * 快速排序
     * @param arr    待排序数组
     * @param first  起点下标
     * @param last   终点下标
     */
    private void quick_sort(int arr[],int first,int last) {
        //枢轴
        int pivot;
        if(first<last) {
            //将子表一分为二
            pivot=partition(arr, first, last);
            //对低子表进行排序
            quick_sort(arr, first, pivot-1);
            //对高子表进行排序
            quick_sort(arr, pivot+1, last);
        }
    }
    
    /**
     * 找到划分子表的位置
     * @param arr    待排序数组
     * @param first  起点下标
     * @param last   终点下标
     * @return       划分子表的位置
     */
    private int partition(int arr[],int first,int last) {
        int pivotkey=arr[first];
        while(first<last) {
            while(first<last && arr[last]>=pivotkey) {
                last--;
            }
            arr[first]=arr[last];
            while(first<last && arr[first]<=pivotkey) {
                first++;
            }
            arr[last]=arr[first];
        }
        arr[first]=pivotkey;
        return first;
    }
    
}

三.查找

查找有很多方法, 如二分查找, 插值查找, 斐波那契查找, 二叉树查找, 哈希表查找等, 这里仅给出二分查找.

public class Demo10 {
    public static void main(String[] args) {
        //待查找数组必须是从小到大有序的
        int arr[]={1,4,9,20,47,69};
        int pos=-1;
        int key=47;
        BinarySearch bSearch=new BinarySearch();
        if( (pos=bSearch.binarySearch(arr, key))!=-1 ) {
            System.out.println("找到了该关键字,其在数组中的下标为: "+pos);
        }else {
            System.out.println("没有找到该关键字");
        }
    }
}

class BinarySearch {
    /**
     * 二分查找,其前提是查找的数组是从小到大有序的
     * @param arr  待查找数组
     * @param key  待插值关键字
     * @return     如果找到,则返回该关键字在数组中的位;没找到则返回-1
     */
    public int binarySearch(int arr[],int key) {
        int low,high,mid;
        low=0;
        high=arr.length-1;
        while(low<=high) {
            mid=low+(high-low)/2;
            if(key>arr[mid]) {
                low=mid+1;
            }else if(key<arr[mid]) {
                high=mid-1;
            }else {
                //找到,返回下标
                return mid;
            }
        }
        //没找到
        return -1;
    }
    
}