java数据结构1--数组、排序和Arrays工具类

数组：Array

• 数组的定义
• 数组的内存结构
• 数组定义常见问题
• 数组常见操作
• Java参数传递问题--值传递
• 二维数组

1.数组概念

同一种类型数据的集合,可以是基本数据类型,也可以是引用数据类型。

数组的特点：

1. 数组存储的都是相同数据类型的元素（相同数据类型）
2. 数组的长度也就是数组中元素的个数（固定长度）
3. 元素从0开始编号,编号也称“索引”:index(下标,角标)（从零开始）
4. 数组中元素的访问方式是通过数组名+索引的方式：arr[1]（索引访问）

数组的定义格式

2.数组的初始化

初始化方式1：
动态初始化：数组的创建和元素的赋值分开进行
格式：
元素类型[] 数组名 = new 元素类型[数组长度];
int[] arr = new int[3];

 

初始化方式2：
静态初始化：数组创建时就给数组元素赋值
格式：
元素类型[] 数组名 = new 元素类型[]{元素1,元素2,…};
int[] arr = new int[]{2,0,3,1};
静态初始化的简化写法
int[] arr = {2,0,3,1};

直接打印数组类型的变量,会发现结果是一段看不懂的字符串,这就是引用数据类型变量的特点,它实际上代表的是一段内存空间的十六进制表示形式.真正的数据在JVM的堆内存空间中。

note：动态初始的构成元素都是默认是初始化成默认值的。

3.内存结构

Java程序在运行时,为了提高运行效率,对内存进行了不同区域的划分,每一种区域都有特定的处理数据的方式和内存管理方式
主要有以下几种：

• 栈内存：用于存储局部变量,当数据使用完,所占空间会自动释放
• 堆内存：存放数组和对象,通过new建立的实例都存放在堆内存中

每一个实例都有内存地址值
实例中的变量都有默认初始化值
当实例不再被使用,会在不确定的时间被垃圾回收器回收

• 方法区：存放类文件和方法（面向对象部分再讲解）
• 本地方法栈：供本地方法使用,与操作系统相关
• 程序计数器--Program Counter：对字节码文件计数

数组的内存结构：不属于四类八种，所以占用两种内存

4.数组操作常见问题

5.数组的遍历

数组遍历：依次访问每个元素，访问的次数就是元素的个数，访问次数的确定:length属性（数组名.length）。

获取一个数组的最值（最大值,最小值）
改写:用键盘录入数组的长度和元素值
改写:数组元素随机生成,并获取最值
普通查找：获取指定元素第一次出现的索引
数组的复制：重点考察是否需要返回值
合并两个数组
data1 = [1,2,3]  data2 = [4,5,6]
练习:随机生成两个数组,并合并
抽取奇数索引的元素(偶数的自己练习)
数组的逆序(注意返回值类型)

public class ArrayDemo4{
    public static void main(String[] args){
        int[] arr = {8,5,6,9,-10,4};
        System.out.println("最大值是: " + getMax(arr));
        System.out.println("最小值是: " + getMin(arr));
    }
    
    //自定义方法,获取一个数组的最大值
    public static int getMax(int[] arr){
        int max = arr[0];
        //遍历余下的数,比较,大的就放在max中
        for(int i = 1;i<arr.length;i++){
            if(arr[i] > max){
                max = arr[i];
            }
        }
        //
        return max;
    }
    
    //
    public static int getMin(int[] arr){
        int min = arr[0];
        for(int i = 1;i<arr.length;i++){
            if(arr[i] < min){
                min = arr[i];
            }
        }
        return min;
    }
    
}

public class ArrayDemo5{
    public static void main(String[] args){
        int[] arr = new int[5];
        //循环中产生随机值,并且赋值给元素
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            int r = (int)(Math.random() * 100 ) + 1;
            arr[i] = r;
        }
        
        //打印数组元素
        printArray(arr);
        
        //获取最值
        System.out.println("最大值是: " + getMax(arr));
        System.out.println("最小值是: " + getMin(arr));
        
    }
    
    //
    public static int getMax(int[] arr){
        int max = arr[0];
        for(int i = 1;i<arr.length;i++){
            if(arr[i] > max){
                max = arr[i];
            }
        }
        return max;
    }
    
    public static int getMin(int[] arr){
        int min = arr[0];
        for(int i = 1;i<arr.length;i++){
            if(arr[i] < min){
                min = arr[i];
            }
        }
        return min;
    }
    
    //
    public static void printArray(int[] arr){
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    
}

public class ArrayDemo6{
    public static void main(String[] args){
        Scanner s = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入元素的个数:");
        int n = s.nextInt();
        
        //
        int[] arr = new int[n];

        //赋值
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            System.out.println("输入第" + (i+1) + "个数:");
            arr[i] = s.nextInt();
        }
        
        //
        printArray(arr);
    }
    
    //
    public static void printArray(int[] arr){
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

public class ArrayDemo7{
    public static void main(String[] args){
        int[] arr = {1,2,3,4,5,10,8,2};
        Scanner s = new Scanner(System.in);
        System.out.println("输入要找的元素:");
        int value = s.nextInt();
        int index = getIndex(arr,value);
        
        //根据返回值判断是否找到指定元素
        if(index == -1){
            System.out.println("没有找到对应的元素");
        }else{
            System.out.println("第一次出现的索引是: " + index);
        }
    }
    
    //int
    //int[] arr,int value
    public static int getIndex(int[] arr,int value){
        /*
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(arr[i] == value){
                return i;
            }
        }
        //程序执行到这,意味着没有发现和参数相等的元素,那就返回一个不存在的索引值
        return -1;
        */
        
        //定义变量,保存返回值
        int index = -1;
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(arr[i] == value){
                index = i;
                break;//不加break,如果多次出现这个值,那么这里得到的是最后一次出现的索引
            }
        }
        return index;
    }
}

public class ArrayDemo8{
    public static void main(String[] args){
        
        int[] arr = {3,5,2,0};
        int[] res = copyArray(arr);
        
        printArray(res);
        
        System.out.println(arr == res);//true false
        
    }
    
    //
    public static void printArray(int[] arr){
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    
    //自定义方法:实现数组的复制
    public static int[] copyArray(int[] src){
        //创建一个新的数组:和源数组一样长
        int[] dest = new int[src.length];
        //循环赋值
        for(int i = 0;i<src.length;i++){
            dest[i] = src[i];
        }
        return dest;
    }
    
    
}

/*
合并两个数组
data1 = [1,2,3]  data2 = [4,5,6]

分析:先创建一个大的数组:特点长度等于两个小数组长度之和.
然后依次赋值,重点是目标数组的索引的控制.

练习:随机生成两个数组,并合并

随机生成两个长度在1-10以内的数组,元组值范围:1-100
然后合并两个数组.

*/

public class ArrayDemo9{
    public static void main(String[] args){
        int[] data1 = {1,2,3};
        int[] data2 = {4,5,6,7,8,9};
        
        int[] dest = merge(data1,data2);
        
        printArray(dest);
    }
    
    //自定义方法,实现数组的合并
    public static int[] merge(int[] arr1,int[] arr2){
        //创建一个大数组
        int[] dest = new int[arr1.length + arr2.length];
        int index = 0;
        for(int i = 0;i<arr1.length;i++){
            dest[index++] = arr1[i];
            // index++;
        }
        
        for(int i = 0;i<arr2.length;i++){
            dest[index++] = arr2[i];
            // index++;
        }
        
        /*
        //循环赋值
        for(int i = 0;i<arr1.length;i++){
            dest[i] = arr1[i];
        }
        
        for(int i = 0;i<arr2.length;i++){
            dest[arr1.length + i] = arr2[i];
        }
        */
        
        return dest;
        
    }
    
    //
    public static void printArray(int[] arr){
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    
    
}

/*

随机生成两个长度在1-10以内的数组,元素值范围:1-100
然后合并两个数组.

*/
public class ArrayDemo10{
    public static void main(String[] args){
        int l1 = (int)(Math.random() * 10) + 1; 
        int[] arr1 = new int[l1];
        int l2 = (int)(Math.random() * 10) + 1; 
        int[] arr2 = new int[l2];
        
        //循环赋值
        for(int i = 0;i<arr1.length;i++){
            arr1[i] = (int)(Math.random() * 100) + 1;
        }
        //循环赋值
        for(int i = 0;i<arr2.length;i++){
            arr2[i] = (int)(Math.random() * 100) + 1;
        }
        
        //打印
        System.out.println("第一个数组是: ");
        printArray(arr1);
        System.out.println("-------------");
        System.out.println("第二个数组是: ");
        printArray(arr2);
        System.out.println("-------------");
        System.out.println("合并之后的数组是: ");
        printArray(merge(arr1,arr2));
        
    }
    
    //打印数组
    public static void printArray(int[] arr){
        System.out.print("[");
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(i == arr.length - 1){
                System.out.print(arr[i] + "]");
            }else{
                System.out.print(arr[i] + ", ");
            }
        }
        System.out.println();
    }
    
    //合并数组
    public static int[] merge(int[] src1,int[] src2){
        int[] dest = new int[src1.length + src2.length];
        int index = 0;
        for(int i = 0;i<src1.length;i++){
            dest[index++] = src1[i];
        }
        
        for(int i = 0;i<src2.length;i++){
            dest[index++] = src2[i];
        }
        return dest;
    }
    
}

public class ArrayDemo11{
    public static void main(String[] args){
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
        
        int[] odd = getOdd(arr);
        printArray(odd);
        
        int[] even = getEven(arr);
        printArray(even);
        
        
    }
    
    //自定义方法,抽取偶数索引的元素
    public static int[] getEven(int[] arr){
        //计算偶数元素的个数
        int n = (arr.length + 1) / 2;
        //创建新数组
        int[] dest = new int[n];
        int index = 0;
        //循环赋值
        for(int i = 0;i<arr.length;i += 2){
            dest[index++] = arr[i];
        }
        return dest;
    }
    
    //自定义方法,抽取奇数索引的元素
    public static int[] getOdd(int[] arr){
        //计算奇数索引的个数
        int n = arr.length / 2;
        //创建目标数组
        int[] dest = new int[n];
        int index = 0;
        //赋值
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(i % 2 == 1){
                dest[index++] = arr[i];
            }
        }
        return dest;
    }
    
    //打印数组
    public static void printArray(int[] arr){
        System.out.print("[");
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(i == arr.length - 1){
                System.out.print(arr[i] + "]");
            }else{
                System.out.print(arr[i] + ", ");
            }
        }
        System.out.println();
    }
}

public class ArrayDemo12{
    public static void main(String[] args){
        int[] arr = {1,2};
        
        reverse(arr);
        printArray(arr);
        
    }
    
    //打印数组
    public static void printArray(int[] arr){
        System.out.print("[");
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(i == arr.length - 1){
                System.out.print(arr[i] + "]");
            }else{
                System.out.print(arr[i] + ", ");
            }
        }
        System.out.println();
    }
    
    //
    public static void reverse(int[] arr){
        int n = arr.length / 2;
        for(int i = 0;i<n;i++){
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[arr.length - 1 - i];
            arr[arr.length -1 - i] = temp;
        }
    }
}

6.Java中参数传递(实参->形参)的问题

public class Test5 {

    public static void main(String[] args) {

        int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        int[] b = new int[a.length];

        System.out.println("交换前：");
        print(a);
        print(b);

        b = swap(a);//交换
        
        System.out.println("交换后：");
        print(a);
        print(b);
    }

    public static void print(int[] arr){
        System.out.print("[");
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(i == arr.length - 1){
                System.out.print(arr[i] + "]");
            }else{
                System.out.print(arr[i] + ", ");
            }
        }
        System.out.println();
    }
    

    private static int[] swap(int[] c) {
        int[] tmp = new int[c.length];
        for (int j = 0; j < c.length; j++) {
            tmp[j] = c[c.length - j - 1] + 10;
        }
        return tmp;
    }
}

交换前：
[1, 2, 3, 4, 5]
[0, 0, 0, 0, 0]
交换后：
[1, 2, 3, 4, 5]
[15, 14, 13, 12, 11]

swap()方法时，数组a将其地址传递c，所以a和c是指向同一个数组。
但在swap方法中,新生成了一个数组tmp,改变的是tmp数组，返回时把tmp数组的首地址送数组b.所以b指向改tmp.

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        int[] b = new int[a.length];
        System.out.println("交换前：");
        print(a);
        print(b);
        b = swap(a);
        System.out.println("交换后：");
        print(a);
        print(b);
    }

    public static void print(int[] arr){
        System.out.print("[");
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            if(i == arr.length - 1){
                System.out.print(arr[i] + "]");
            }else{
                System.out.print(arr[i] + ", ");
            }
        }
        System.out.println();
    }
    

    private static int[] swap(int[] c) {
        for (int j = 0; j < c.length; j++) {
            c[j] = c[c.length - j - 1] + 10;
        }
        return c;
    }
}

交换前：
[1, 2, 3, 4, 5]
[0, 0, 0, 0, 0]
交换后：
[15, 14, 13, 24, 25]
[15, 14, 13, 24, 25]

说明： 在该程序中，在调用swap()方法时，数组a将其地址传递给数组c，所以a和c是指向同一个数组。
返回时,数组b不再指向原来的数组,而指向c所在的数组。
注: JAVA中参数传递时是值传递,引用型与基本数据类型是不同的.

 7 二维数组

7.1二维数组的概念 

7.2 二维数组的定义

注意事项：

1.使用格式1,2时必须指定第一维长度
2.动态,静态初始化不能同时使用

7.3二维数组的遍历

8 数组的排序（排序算法）

8.1冒泡排序：bubble

冒泡排序（BubbleSort）的基本概念是：依次比较相邻的两个数，将小数放在前面，大数放在后面。即首先比较第1个和第2个数，将小数放前，大数放后。然后比较第2个数和第3个数，将小数放前，大数放后，如此继续，直至比较最后两个数，将小数放前，大数放后。重复以上过程，仍从第一对数开始比较（因为可能由于第2个数和第3个数的交换，使得第1个数不再小于第2个数），将小数放前，大数放后，一直比较到最大数前的一对相邻数，将小数放前，大数放后，第二趟结束，在倒数第二个数中得到一个新的最大数。如此下去，直至最终完成排序。

/*
 * 冒泡排序:
 *     相邻的元素两两比较.大的往后放.
 */
public class BubbleSortDemo {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {9,5,2,0,4,5,5,7};
        bubbleSort(arr);
        printArray(arr);

    }
    
    public static void printArray(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    
    //
    public static void bubbleSort(int[] arr){
        
        //外层循环控制的是比较的趟数:固定是元素个数-1
        for(int i = 0;i<arr.length - 1;i++){
            //内层循环控制的是两两比较元素的索引
            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;
                }
            }
        }
        
    }

}

8.2 比较排序:compare(选择排序:select)

/*
 * 选择排序
 */
public class SelectSortDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int[] arr = {9,5,2,7,0,6,4,7};
        selectSort(arr);
        print(arr);
    }
    
    public static void print(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    
    public static void selectSort(int[] arr){
        //外层控制的是比较的趟数
        for (int i = 0; i < arr.length -1; i++) {
            //内层循环控制的是两两比较元素的索引值
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                //
                if(arr[i] > arr[j]){
                    int temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[j];
                    arr[j] = temp;
                }
            }
        }
        
    }

}

public class SelectSortDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        //产生1000个元素的数据进行比较
        int[] arr1 = getArray();
        int[] arr2 = arrayCopy(arr1);
        print(arr1);
        print(arr2);
        long start = System.currentTimeMillis();
        selectSort(arr1);
        System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
        
        start = System.currentTimeMillis();
        selectSort2(arr2);
        System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
        
        System.out.println("排序后");
        print(arr1);
        print(arr2);
        
    }
    
    public static int[] arrayCopy(int[] arr){
        int[] dest = new int[arr.length];
        System.arraycopy(arr, 0, dest, 0, arr.length);
        return dest;
    }
    
    //随机生成1000个元素的int数组
    public static int[] getArray(){
        int[] arr = new int[1000];
        for(int i = 0;i<arr.length;i++){
            arr[i] = (int)(Math.random() * 1000);
        }
        return arr;
    }
    
    public static void print(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    
    public static void selectSort(int[] arr){
        int count = 0;
        //外层控制的是比较的趟数
        for (int i = 0; i < arr.length -1; i++) {
            //内层循环控制的是两两比较元素的索引值
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                //
                if(arr[i] > arr[j]){
                    int temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[j];
                    arr[j] = temp;
                    count++;
                }
            }
        }
        
        System.out.println("优化前的方法中,交换的次数是: " + count);
    }

    public static void selectSort2(int[] arr){
        int count = 0;
        //外层控制的是比较的趟数
        for (int i = 0; i < arr.length -1; i++) {
            //记录要确定的元素的索引号
            int index = i;
            
            //内层循环控制的是两两比较元素的索引值
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                //
                if(arr[index] > arr[j]){
                    index = j;
                }
            }
            
            //对index值进行判断
            if(i != index){
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[index];
                arr[index] = temp;
                count++;
            }
        }
        System.out.println("优化后的方法中,交换的次数是: " + count);
    }
}

9 Arrays工具类

一下皆为静态方法。

1. binarySearch：复制指定的数组
2. copyOf：复制指定的数组
3. copyOfRange：将指定数组的指定范围复制到一个新数组
4. deepEquals：如果两个指定数组彼此是深层相等
5. deepToString：返回指定数组“深层内容”的字符串表示形式。
6. deepHashCode：基于指定数组的“深层内容”返回哈希码。
7. equals：如果两个指定的 某 型数组彼此相等，则返回 true。
8. fill： 将指定的 某型 值分配给指定 某 型数组的每个元素。
9. sort：根据元素的自然顺序对指定某类型数组按升序进行排序。
10. toString：返回指定数组内容的字符串表示形式。

单独介绍一下二分查找：

public class BinarySearchDemo {

    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = {1,2,3,7,9,20};
        int index = getIndex(arr,1);
        if(index == -1){
            System.out.println("not found");
        }else{
            System.out.println("the index is : " + index);
        }
    }
    
    //二分查找算法
    public static int getIndex(int[] arr,int value){
        
        int min = 0;
        int max = arr.length - 1;
        
        int mid = (min + max)/2;
        
        while(true){
            //
            if(arr[mid] == value){
                return mid;
            }else if(arr[mid] > value){
                max = mid - 1;
            }else{
                min = mid + 1;
            }
            //重新计算mid的值
            mid = (min + max)/2;
            //
            if(min > max){
                return -1;
            }
        }
    }
}