Java学习：Java数组

青旅半醒 2023-09-29 22:09 14阅读 0赞

#### 目录 ####

*  三、Java数组
 *   *  3.1 数组的概述
     *  3.2 一维数组的使用
     *  3.3 多维数组的使用
     *  3.4 数组中涉及到的常见算法
     *  3.5 数组使用中的常见异常
     *  3.6 Arrays工具类的使用

## 三、Java数组 ##

### 3.1 数组的概述 ###

数组(Array)，是多个**相同类型数据**按一定顺序排列的集合，并使用**一个名字**命名，并通过**编号**的方式对这些数据进行统一管理。

>  *  数组本身是**引用数据类型**，而数组中的元素可以是**任何数据类型**，包括基本数据类型和引用数据类型。
>  *  创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间，而数组名中引用的是这块连续空间的首地址。
>  *  数组的长度一旦确定，就**不能修改**。
>  *  我们可以直接通过**下标**(或索引)的方式调用指定位置的元素，速度很快。
>  *  数组的分类：
> 
> > 按照维度：一维数组、二维数组、三维数组、…  
> > 按照元素的数据类型分：基本数据类型元素的数组、引用数据类型元素的数组(即对象数组)

### 3.2 一维数组的使用 ###

**①一维数组的声明方式**  
type var\[\] 或 type\[\] var；  
例如：

int a[];
    int[] a1;
    double b[];
    String[] c; //引用类型变量数组

Java语言中声明数组时**不能指定**其长度(数组中元素的数)， 例如： int a\[5\]; //非法

**②一维数组的初始化**

*  **动态初始化：** 数组声明且为数组元素分配空间与赋值的操作**分开进行**
    
        int[] arr = new intr[3];
         arr[0] = 3;
         arr[1] = 9;
         arr[2] = 8;
         
         String names[];
         names =new =String[3];
         names[0] = "钱学森";
         names[1] = "邓稼先";
         names[2] = "袁隆平";
 *  **静态初始化：** 在定义数组的**同时**就为数组元素分配空间并赋值。
    
        int arr[] = new int []{3,9,8};
        int [] arr = {3,9,8};
         
        String names[] = {
        "李四光”,"茅以升","华罗庚"
        }

**③数组元素的引用**

*  定义并用运算符new为之分配空间后，才可以引用数组中的每个元素；
 *  数组元素的引用方式：数组名\[数组元素下标\]  
    数组元素下标可以是整型常量或整型表达式。如a\[3\] , b\[i\] , c\[6\*i\];  
    数组元素下标从0开始；长度为n的数组合法下标取值范围: **0 —>n-1**；如int a\[\]=new int\[3\]; 可引用的数组元素为a\[0\]、a\[1\]、a\[2\]
 *  每个数组都有一个属性length指明它的长度，例如：a.length 指明数组a的长度(元素个数)  
    数组一旦初始化，其长度是**不可变**的。

**④数组元素的默认初始化值**  
数组是引用类型，它的元素相当于**类的成员变量**，因此数组一经分配空间，其中的每个元素也被按照成员变量同样的方式被隐式初始化。例如：

public class Test {
        
    	public static void main(String args[]){
        
    	int a[]= new int[5];
    	System.out.println(a[3]); //a[3]的默认值为0
    }
    }
    >对于基本数据类型而言，默认初始化值各有不同
    >对于引用数据类型而言，默认初始化值为null(注意与0不同！)

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数组元素类型</th> 
   <th>元素默认初始值</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>byte</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>0L</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>0.0F</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>0.0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>0 或写为:’\u0000’(表现为空)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>引用类型</td> 
   <td>null</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**⑤创建基本数据类型数组**

*  Java中使用关键字new来创建数组
 *  如下是创建基本数据类型元素的一维数组

public class Tset{
        
    	public static void main(String args[]){
        
    		int[] s;   //处内存状态
    		s = new int[10];
    		for(int i=0;i<10;i++){
        
    		s[i] = 2*i+1;
    		System.out.println(s[i]);
    		}
    	}
    }

![在这里插入图片描述][d057d6d5da224dccb8ba6152b2420817.png]

public class Test{
        
    	public static void main(String args[]){
        
    		int[] s;
    		s = new int[10];   //处内存状态
    		//int[] s=new int[10];
    		//基本数据类型数组在显式赋值之前，Java会自动给他们赋默认值。
    		for ( int i=0; i<10; i++ ) {
        
    			s[i] =2*i+1;
    			System.out.println(s[i]);
    		}
    	}
    }

![在这里插入图片描述][4bda7ad5ad304c13928c315e2fd0c223.png]

public class Test{
        
    	public static void main(String args[]){
        
    		int[] s;
    		s = new int[10];
    		for ( int i=0; i<10; i++ ) {
        
    			s[i] =2*i+1;   //处内存状态
    			System.out.println(s[i]);
    		}
    	}
    }

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**练习**

/*
    从键盘输入个数不确定的整数，并判断读入的正数和负数的个数，输入为0时结束程序
    */
    import java.util.Scanner;
    class Test 
    {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
            //1.使用scanner，读取学生个数
            Scanner scanner=new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入学生人数：");
            int number=scanner.nextInt();
            //2.创建数组，存储学生成绩；动态初始化
            int[] scores=new int[number];
            //3.给数组中的元素赋值
            System.out.println("请输入"+number+"个学生成绩:");
            int maxScore=0;
            for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
        
                scores[i]=scanner.nextInt();
                //4.获取数组中的元素最大值：最高分
                if (maxScore<scores[i]){
        
                    maxScore=scores[i];
                }
            }
            //5.根据每个学生成绩与最高分的差值，得到每个学生的等级，并输出等级和成绩
            char level;
            for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
        
                if (maxScore-scores[i]<=10){
        
                    level='A';
                }else if (maxScore-scores[i]<=20){
        
                    level='B';
                }else if (maxScore-scores[i]<=30){
        
                    level='C';
                }else {
        
                    level='D';
                }
                System.out.println("student "+i+"score is "+scores[i]+",gread is "+level);
            }
        }
    }
    
    >运行结果
    请输入学生人数：
    5
    请输入5个学生成绩:
    55
    77
    67
    59
    81
    student 0score is 55,gread is C
    student 1score is 77,gread is A
    student 2score is 67,gread is B
    student 3score is 59,gread is C
    student 4score is 81,gread is A

### 3.3 多维数组的使用 ###

*  Java 语言里提供了支持多维数组的语法。
 *  如果说可以把一维数组当成几何中的线性图形，那么二维数组就相当于是一个表格，像右图Excel中的表格一样。
 *  对于二维数组的理解，我们可以看成是一维数组array1又作为另一个一维数组array2的元素而存在。其实，从数组底层的运行机制来看，其实没有多维数组。  
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    **练习**

/*1.获取arr数组中所有元素的和。*/
    
    package test1j.ava;
    
    public class shuzu {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		int [][] arr = new int[][] {
        {
        3,5,8},{
        12,9},{
        7,0,6,4}};
    		int num = 0;
    		for(int i=0;i<arr.length;i++){
        
    		    for(int j=0;j<arr[i].length;j++){
        
    		        num += arr[i][j];
    		    }
    		}
    		System.out.println(num);
    	}
    }
    
    >运行结果 54

/*2.使用二维数组打印一个 10 行杨辉三角*/
    
    package test1j.ava;
    
    public class yanghui {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int n = 10; // 控制打印的行数
    
            int[][] arr = new int[n][];
            for (int i = 0; i < n; i++) {
        
                arr[i] = new int[i + 1];
                arr[i][0] = 1;
                arr[i][arr[i].length - 1] = 1;
    
                // 计算该行的数据
                for (int j = 1; j < arr[i].length - 1; j++) {
        
                    arr[i][j] = arr[i - 1][j - 1] + arr[i - 1][j];
                }
            }
    
            // 打印杨辉三角
            for (int i = 0; i < n; i++) {
        
                for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
        
                    System.out.print(arr[i][j] + " ");
                }
                System.out.println();
            }
        }
    }
    
    >运行结果
    1 
    1 1 
    1 2 1 
    1 3 3 1 
    1 4 6 4 1 
    1 5 10 10 5 1 
    1 6 15 20 15 6 1 
    1 7 21 35 35 21 7 1 
    1 8 28 56 70 56 28 8 1 
    1 9 36 84 126 126 84 36 9 1

/*3.创建一个长度为6的int型数组，要求数组元素的值都在1-30之间，且是随机赋值。同时，要求元素的值各不相同。*/
    
    package test1j.ava;
    
    import java.util.Random;
    public class randnumber {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int[] nums = new int[6]; // 创建一个长度为6的int型数组
            Random rand = new Random(); // 创建一个伪随机数生成器
    
            // 循环生成一个数字，直到符合要求为止（1-30之间，且和数组中已有的数字不同）
            for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        
    		int num;
    		do {
        
    		    num = rand.nextInt(30) + 1;
    		} while (contains(nums, num, i));
    
    		nums[i] = num; // 将符合条件的数字赋值给数组
            }
    
            // 打印数组的元素
        	System.out.print("随机生成的数组为{");
            for (int s=0;s<6;s++) {
        
            	if(s==5){
        
            		System.out.print(nums[s]);
            	}else
                System.out.print(nums[s]+",");
            }System.out.print("}");
            
        }
    
        // 判断一个数字是否已存在于数组中
        private static boolean contains(int[] nums, int num, int length) {
        
            for (int i = 0; i < length; i++) {
        
                if (nums[i] == num) {
        
                    return true;
                }
            }
            return false;
        }
    }
    
    >运行结果
    随机生成的数组为{
        9,15,13,17,21,11}

### 3.4 数组中涉及到的常见算法 ###

1.  数组元素的赋值(杨辉三角、回形数等)
2.  求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等
3.  数组的复制、反转、查找(线性查找、二分法查找)
4.  数组元素的排序算法

**算法介绍**  
算法的五大特征

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>特征</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>输入（Input）</td> 
   <td>有0个或多个输入数据，这些输入必须有清楚的描述和定义</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>输出（Output）</td> 
   <td>至少有1个或多个输出结果，不可以没有输出结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>有穷性（有限性，Finiteness）</td> 
   <td>算法在有限的步骤之后会自动结束而不会无限循环，并且每一个步骤可以在可接受的时间内完成</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>确定性（明确性，Definiteness）</td> 
   <td>算法中的每一步都有确定的含义，不会出现二义性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>可行性（有效性，Effectiveness）</td> 
   <td>算法的每一步都是清楚且可行的，能让用户用纸笔计算而求出答案</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**练习**

/*定义一个int型的一维数组，包含10个元素，分别赋一些随机整数，
     然后求出所有元素的最大值，最小值，和值，平均值，并输出出来。
    要求：所有随机数都是两位数。*/
    
    package test1j.ava;
    
    import java.util.Random;
    
    public class suanfa1 {
        
    	public static void main(String[] args ){
        
    	int[] arr = new int [10];// 创建一个长度为10的int型数组
    	Random rand = new Random(); // 创建一个伪随机数生成器
    	// 循环生成一个数字，直到符合要求为止(两位数，>=10&&<=99)
    	for(int i = 0;i<10;i++){
        
    		int num = rand.nextInt(90)+10;
    		arr[i] = num;
    	}
    
    	// 求出所有元素的最大值，最小值，和值，平均值
    	 int max = arr[0], min = arr[0], sum = 0;
         for (int num : arr) {
        //遍历数组快捷方式
             if (num > max) {
        
                 max = num;
             }
             if (num < min) {
        
                 min = num;
             }
             sum += num;
         }
         double average = (double) sum / arr.length;
    
         // 输出结果
         System.out.println("数组元素为：");
         for (int num : arr) {
        
             System.out.print(num + " ");
         }
         System.out.println();
         System.out.println("最大值为：" + max);
         System.out.println("最小值为：" + min);
         System.out.println("和值为：" + sum);
         System.out.println("平均值为：" + average);
     }
    }
    
    >运行结果
    数组元素为：
    83 26 95 85 49 38 37 94 72 19 
    最大值为：95
    最小值为：19
    和值为：598
    平均值为：59.8

**①二分查找算法**  
![在这里插入图片描述][0485b29615ca4fed9f2a9cf6221f94ba.png]

//二分法查找：要求此数组必须是有序的。
    
    package test1j.ava;
    
    public class erfen {
        
    
    	public static void main(String[] args) {
        
    		// TODO Auto-generated method stub
    		int[] arr3 = new int[]{
        -99,-54,-2,0,2,33,43,256,999};
    		boolean isFlag = true;
    		int number = 256;
    		//int number = 25;
    		int head = 0;//首索引位置
    		int end = arr3.length - 1;//尾索引位置
    		while(head <= end){
        
    			int middle = (head + end) / 2;
    			if(arr3[middle] == number){
        
    				System.out.println("找到指定的元素，索引为：" + middle);
    				isFlag = false;
    				break;
    			}else if(arr3[middle] > number){
        
    				end = middle - 1;
    			}else{
        //arr3[middle] < number
    				head = middle + 1;
    			}
    		}
    		if(isFlag){
        
    		System.out.println("未找打指定的元素");
    		}
    
    	}
    
    }
    
    >运行结果
    找到指定的元素，索引为：7

**②排序算法**  
**排序：**  
假设含有n个记录的序列为\{R1，R2，…,Rn\},其相应的关键字序列为\{K1，K2，…,Kn\}。将这些记录重新排序为\{Ri1,Ri2,…,Rin\},使得相应的关键字值满足条Ki1<=Ki2<=…<=Kin,这样的一种操作称为排序。

通常来说，排序的目的是**快速查找**。

**衡量排序算法的优劣：**

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

**排序算法分类：内部排序和外部排序。**

*  内部排序：整个排序过程不需要借助于外部存储器（如磁盘等），所有排序操作都在**内存中**完成。
 *  外部排序：参与排序的数据非常多，数据量非常大，计算机无法把整个排序过程放在内存中完成，必须借助于**外部存储器**（如磁盘）。外部排序最常见的是**多路归并排序**。可以认为外部排序是由**多次**内部排序组成。

十大排序算法

*  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、Shell排序
 *  归并排序
 *  桶式排序
 *  基数排序

**③冒泡排序**

介绍：  
冒泡排序的原理非常简单，它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。

**排序思想：**

1.  比较相邻的元素。如果第一个比第二个大（升序），就交换他们两个。
2.  对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。
3.  针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
4.  持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到**没有任何一对**数字需要比较为止。

**④快速排序**

介绍：  
快速排序通常明显比同为O(nlogn)的其他算法更快，因此常被采用，而且快排采用了**分治法**的思想，所以在很多笔试面试中能经常看到快排的影子。可见掌握快排的重要性。

快速排序（Quick Sort）由图灵奖获得者Tony Hoare发明，被列为20世纪十大算法之一，是迄今为止所有内排序算法中速度最快的一种。冒泡排序的升级版，交换排序的一种。快速排序的时间复杂度为O(nlog(n))。

**排序思想：**

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。 //大前小后
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。

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**⑤排序算法性能对比**  
![在这里插入图片描述][9a72825439d14435821b5d9e1e2e195a.png]

1.  从**平均时间**而言：快速排序最佳。但在最坏情况下时间性能不如堆排序和归并排序。
2.  **从算法简单性**看：由于直接选择排序、直接插入排序和冒泡排序的算法比较简单，将其认为是简单算法。对于Shell排序、堆排序、快速排序和归并排序算法，其算法比较复杂，认为是复杂排序。
3.  从**稳定性**看：直接插入排序、冒泡排序和归并排序时稳定的；而直接选择排序、快速排序、 Shell排序和堆排序是不稳定排序
4.  从**待排序的记录数n的大小**看：n较小时，宜采用简单排序；而n较大时宜采用改进排序。

**排序算法选择**

1.  若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。  
    当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插入，应选直接选择排序为宜。
2.  若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插入、冒泡或随机的快速排序为宜；
3.  若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序

### 3.5 数组使用中的常见异常 ###

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### 3.6 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。  
![在这里插入图片描述][7b7ad34cea58491b9020f2b17c1e9a06.png]

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