第05章_数组
本章专题与脉络
1. 数组的概述
1.1 为什么需要数组
需求分析1：
需要统计某公司50个员工的工资情况，例如计算平均工资、找到最高工资等。用之前知识，首先需要声明50个变量来分别记录每位员工的工资，这样会很麻烦。因此我们可以将所有的数据全部存储到一个容器中统一管理，并使用容器进行计算。
需求分析2：
容器的概念：
- 生活中的容器：水杯（装水等液体），衣柜（装衣服等物品），集装箱（装货物等）。
- 程序中的容器：将多个数据存储到一起，每个数据称为该容器的元素。
1.2 数组的概念
数组的特点：
- 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。占据的空间的大小，取决于数组的长度和数组中元素的类型。
- 数组中的元素在内存中是依次紧密排列的，有序的。
- 数组，一旦初始化完成，其长度就是确定的。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。
- 数组名中引用的是这块连续空间的首地址。
1.3 数组的分类
1、按照元素类型分：
- 基本数据类型元素的数组：每个元素位置存储基本数据类型的值
- 引用数据类型元素的数组：每个元素位置存储对象（本质是存储对象的首地址）（在面向对象部分讲解）
2、按照维度分：
- 一维数组：存储一组数据
- 二维数组：存储多组数据，相当于二维表，一行代表一组数据，只是这里的二维表每一行长度不要求一样。
2. 一维数组的使用
2.1 一维数组的声明
格式：
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元素的数据类型[] 一维数组的名称;
元素的数据类型 一维数组名[];
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举例：
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| int[] arr;
int arr1[];
double[] arr2;
String[] arr3;
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数组的声明，需要明确：
（1）数组的维度：在Java中数组的符号是[]，[]表示一维，[][]表示二维。
（2）数组的元素类型：即创建的数组容器可以存储什么数据类型的数据。元素的类型可以是任意的Java的数据类型。例如：int、String、Student等。
（3）数组名：就是代表某个数组的标识符，数组名其实也是变量名，按照变量的命名规范来命名。数组名是个引用数据类型的变量，因为它代表一组数据。
举例：
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| public class ArrayTest1 {
public static void main(String[] args) {
int[] scores;
int grades[];
char[] letters;
String[] names;
double[] prices;
}
}
|
注意：Java语言中声明数组时不能指定其长度(数组中元素的个数)。 例如： int a[5]; //非法
2.2 一维数组的初始化
2.2.1 静态初始化
例如，定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器。
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| int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
int[] arr;
arr = new int[]{1,2,3,4,5};
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| 数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2,元素3...};
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例如，定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器
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| int[] arr = {1,2,3,4,5};
int[] arr;
arr = {1,2,3,4,5};
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举例：
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| public class ArrayTest2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3,4,5};
int[] nums;
nums = new int[]{10,20,30,40};
char[] word = {'h','e','l','l','o'};
String[] heros = {"袁隆平","邓稼先","钱学森"};
System.out.println("arr数组：" + arr);
System.out.println("nums数组：" + nums);
System.out.println("word数组：" + word);
System.out.println("heros数组：" + heros);
}
}
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2.2.2 动态初始化
数组变量的初始化和数组元素的赋值操作分开进行，即为动态初始化。
动态初始化中，只确定了元素的个数（即数组的长度），而元素值此时只是默认值，还并未真正赋自己期望的值。真正期望的数据需要后续单独一个一个赋值。
格式：
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| 数组存储的元素的数据类型[] 数组名字 = new 数组存储的元素的数据类型[长度];
或
数组存储的数据类型[] 数组名字;
数组名字 = new 数组存储的数据类型[长度];
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举例1：正确写法
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| int[] arr = new int[5];
int[] arr;
arr = new int[5];
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举例2：错误写法
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| int[] arr = new int[5]{1,2,3,4,5};
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2.3 一维数组的使用
2.3.1 数组的长度
- 数组的元素总个数，即数组的长度
- 每个数组都有一个属性length指明它的长度，例如：arr.length 指明数组arr的长度(即元素个数)
- 每个数组都具有长度，而且一旦初始化，其长度就是确定，且是不可变的。
2.3.2 数组元素的引用
如何表示数组中的一个元素？
每一个存储到数组的元素，都会自动的拥有一个编号，从0开始，这个自动编号称为数组索引(index)或下标，可以通过数组的索引/下标访问到数组中的元素。
数组的下标范围？
Java中数组的下标从[0]开始，下标范围是[0, 数组的长度-1]，即[0, 数组名.length-1]
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];
举例
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| public class ArrayTest3 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3,4,5};
System.out.println("arr数组的长度：" + arr.length);
System.out.println("arr数组的第1个元素：" + arr[0]);
System.out.println("arr数组的第2个元素：" + arr[1]);
System.out.println("arr数组的第3个元素：" + arr[2]);
System.out.println("arr数组的第4个元素：" + arr[3]);
System.out.println("arr数组的第5个元素：" + arr[4]);
arr[0] = 100;
System.out.println("arr数组的第1个元素：" + arr[0]);
}
}
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2.4 一维数组的遍历
将数组中的每个元素分别获取出来，就是遍历。for循环与数组的遍历是绝配。
举例1
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| public class ArrayTest4 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
System.out.println("数组的长度：" + arr.length);
System.out.println("数组的元素有：");
for(int i=0; i<arr.length; i++){
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
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举例2
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| public class ArrayTest5 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[5];
System.out.println("arr数组的长度：" + arr.length);
System.out.print("存储数据到arr数组之前：[");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if(i==0){
System.out.print(arr[i]);
}else{
System.out.print("," + arr[i]);
}
}
System.out.println("]");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
arr[i] = (i+1) * 2;
}
System.out.print("存储数据到arr数组之后：[");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if(i==0){
System.out.print(arr[i]);
}else{
System.out.print("," + arr[i]);
}
}
System.out.println("]");
}
}
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2.5 数组元素的默认值
数组是引用类型，当我们使用动态初始化方式创建数组时，元素值只是默认值。例如：
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| public class ArrayTest6 {
public static void main(String argv[]){
int a[]= new int[5];
System.out.println(a[3]);
}
}
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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！)
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| public class ArrayTest7 {
public static void main(String[] args) {
char[] letters = new char[26];
System.out.println("letters数组的长度：" + letters.length);
System.out.print("存储字母到letters数组之前：[");
for (int i = 0; i < letters.length; i++) {
if(i==0){
System.out.print(letters[i]);
}else{
System.out.print("," + letters[i]);
}
}
System.out.println("]");
String[] names = new String[5];
System.out.println("names数组的长度：" + names.length);
System.out.print("存储姓名到names数组之前：[");
for (int i = 0; i < names.length; i++) {
if(i==0){
System.out.print(names[i]);
}else{
System.out.print("," + names[i]);
}
}
System.out.println("]");
}
}
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3. 一维数组内存分析
3.1 Java虚拟机的内存划分
为了提高运算效率，就对空间进行了不同区域的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。
| 区域名称 |
作用 |
虚拟机栈 |
用于存储正在执行的每个Java方法的局部变量表等。局部变量表存放了编译期可知长度
的各种基本数据类型、对象引用，方法执行完，自动释放。 |
堆内存 |
存储对象（包括数组对象），new来创建的，都存储在堆内存。 |
方法区 |
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、（静态变量）、即时编译器编译后的代码等数据。 |
| 本地方法栈 |
当程序中调用了native的本地方法时，本地方法执行期间的内存区域 |
| 程序计数器 |
程序计数器是CPU中的寄存器，它包含每一个线程下一条要执行的指令的地址 |
3.2 一维数组在内存中的存储
1、一个一维数组内存图
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| public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[3];
System.out.println(arr);
}
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2、数组下标为什么是0开始
因为第一个元素距离数组首地址间隔0个单元格。
3、两个一维数组内存图
两个数组独立
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| public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[3];
int[] arr2 = new int[2];
System.out.println(arr);
System.out.println(arr2);
}
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4、两个变量指向一个一维数组
两个数组变量本质上代表同一个数组。
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| public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[3];
arr[0] = 5;
arr[1] = 6;
arr[2] = 7;
System.out.println(arr[0]);
System.out.println(arr[1]);
System.out.println(arr[2]);
int[] arr2 = arr;
arr2[1] = 9;
System.out.println(arr[1]);
}
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4. 一维数组的应用
案例1：升景坊单间短期出租4个月，550元/月（水电煤公摊，网费35元/月），空调、卫生间、厨房齐全。屋内均是IT行业人士，喜欢安静。所以要求来租者最好是同行或者刚毕业的年轻人，爱干净、安静。
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| public class ArrayTest {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{8,2,1,0,3};
int[] index = new int[]{2,0,3,2,4,0,1,3,2,3,3};
String tel = "";
for(int i = 0;i < index.length;i++){
tel += arr[index[i]];
}
System.out.println("联系方式：" + tel);
}
}
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案例2：输出英文星期几
用一个数组，保存星期一到星期天的7个英语单词，从键盘输入1-7，显示对应的单词
{“Monday”,”Tuesday”,”Wednesday”,”Thursday”,”Friday”,”Saturday”,”Sunday”}
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| import java.util.Scanner;
public class WeekArrayTest {
public static void main(String[] args) {
String[] weeks = {"Monday","Tuesday","Wednesday","Thursday","Friday","Saturday","Sunday"};
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入[1-7]范围的整数：");
int number = scanner.nextInt();
if(number < 1 || number > 7){
System.out.println("你输入的输入非法");
}else{
System.out.println("对应的星期为：" + weeks[number - 1]);
}
scanner.close();
}
}
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案例3：从键盘读入学生成绩，找出最高分，并输出学生成绩等级。
成绩>=最高分-10 等级为’A’
成绩>=最高分-20 等级为’B’
成绩>=最高分-30 等级为’C’
其余 等级为’D’
提示：先读入学生人数，根据人数创建int数组，存放学生成绩。
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public class ScoreTest1 {
public static void main(String[] args) {
System.out.print("请输入学生人数：");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
int count = scanner.nextInt();
int[] scores = new int[count];
int maxScore = 0;
System.out.println("请输入" + count + "个成绩");
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
scores[i] = scanner.nextInt();
if(maxScore < scores[i]){
maxScore = scores[i];
}
}
System.out.println("最高分是：" + maxScore);
char grade;
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
if(scores[i] >= maxScore - 10){
grade = 'A';
}else if(scores[i] >= maxScore - 20){
grade = 'B';
}else if(scores[i] >= maxScore - 30){
grade = 'C';
}else{
grade = 'D';
}
System.out.println("student " + i + " socre is " + scores[i] + ", grade is " + grade);
}
scanner.close();
}
}
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5. 多维数组的使用
5.1 概述
高一年级三个班级均由多个学生姓名构成一个个数组。如下：
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| String[] class1 = new String[]{"段誉","令狐冲","任我行"};
String[] class2 = new String[]{"张三丰","周芷若"};
String[] class3 = new String[]{"赵敏","张无忌","韦小宝","杨过"};
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那从整个年级看，我们可以声明一个二维数组。如下：
1
| String[][] grade = new String[][]{{"段誉","令狐冲","任我行"},{"张三丰","周芷若"},{"赵敏","张无忌","韦小宝","杨过"}};
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蓝框的几个元素，可以使用一维数组来存储。但现在发现每个元素下还有下拉框，其内部还有元素，那就需要使用二维数组来存储：
使用说明
- 对于二维数组的理解，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。
5.2 声明与初始化
5.2.1 声明
二维数组声明的语法格式：
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元素的数据类型[][] 二维数组的名称;
元素的数据类型 二维数组名[][];
元素的数据类型[] 二维数组名[];
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例如：
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| public class Test20TwoDimensionalArrayDefine {
public static void main(String[] args) {
int[][] grades;
String[][] names;
}
}
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面试：
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| int[] x, y[];
//x是一维数组，y是二维数组
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5.2.2 静态初始化
格式：
1
| int[][] arr = new int[][]{{3,8,2},{2,7},{9,0,1,6}};
|
定义一个名称为arr的二维数组，二维数组中有三个一维数组
- 每一个一维数组中具体元素也都已初始化
- 第一个一维数组 arr[0] = {3,8,2};
- 第二个一维数组 arr[1] = {2,7};
- 第三个一维数组 arr[2] = {9,0,1,6};
- 第三个一维数组的长度表示方式：arr[2].length;
- 注意特殊写法情况：int[] x,y[]; x是一维数组，y是二维数组。
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| int[][] arr = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9,10}};
int[][] arr = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9,10}};
int[][] arr;
arr = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9,10}};
arr = new int[3][3]{{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9,10}};
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| public class TwoDimensionalArrayInitialize {
public static void main(String[] args) {
int[][] grades = {
{89,75,99,100},
{88,96,78,63,100,86},
{56,63,58},
{99,66,77,88}
};
String[][] names = {
{"张三","李四", "王五", "赵六"},
{"刘备","关羽","张飞","诸葛亮","赵云","马超"},
{"曹丕","曹植","曹冲"},
{"孙权","周瑜","鲁肃","黄盖"}
};
}
}
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5.2.3 动态初始化
如果二维数组的每一个数据，甚至是每一行的列数，需要后期单独确定，那么就只能使用动态初始化方式了。动态初始化方式分为两种格式：
格式1：规则二维表：每一行的列数是相同的
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元素的数据类型[][] 二维数组名 = new 元素的数据类型[m][n];
二维数组名[行下标][列下标] = 值;
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举例：
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| int[][] arr = new int[3][2];
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定义了名称为arr的二维数组
二维数组中有3个一维数组
每一个一维数组中有2个元素
一维数组的名称分别为arr[0], arr[1], arr[2]
给第一个一维数组1脚标位赋值为78写法是：arr[0][1] = 78;
格式2：不规则：每一行的列数不一样
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元素的数据类型[][] 二维数组名 = new 元素的数据类型[总行数][];
二维数组名[行下标] = new 元素的数据类型[该行的总列数];
二维数组名[行下标][列下标] = 值;
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举例：
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| int[][] arr = new int[3][];
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- 二维数组中有3个一维数组。
- 每个一维数组都是默认初始化值null (注意：区别于格式1）
- 可以对这个三个一维数组分别进行初始化：arr[0] = new int[3]; arr[1] = new int[1]; arr[2] = new int[2];
- 注：
int[][]arr = new int[][3]; //非法
练习：
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public class Test25DifferentElementCount {
public static void main(String[] args){
int[][] arr = new int[5][];
for(int i=0; i<arr.length; i++){
arr[i] = new int[i+1];
}
for(int i=0; i<arr.length; i++){
for(int j=0; j<arr[i].length; j++){
arr[i][j] = i+1;
}
}
for(int i=0; i<arr.length; i++){
for(int j=0; j<arr[i].length; j++){
System.out.print(arr[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
}
}
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5.3 数组的长度和角标
- 二维数组的长度/行数：二维数组名.length
- 二维数组的某一行：二维数组名[行下标]，此时相当于获取其中一组数据。它本质上是一个一维数组。行下标的范围：[0, 二维数组名.length-1]。此时把二维数组看成一维数组的话，元素是行对象。
- 某一行的列数：二维数组名[行下标].length，因为二维数组的每一行是一个一维数组。
- 某一个元素：二维数组名[行下标][列下标]，即先确定行/组，再确定列。
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| public class Test22TwoDimensionalArrayUse {
public static void main(String[] args){
int[][] scores = {
{85,96,85,75},
{99,96,74,72,75},
{52,42,56,75}
};
System.out.println(scores);
System.out.println("一共有" + scores.length +"组成绩.");
System.out.println(scores[0]);
System.out.println(scores[1]);
System.out.println(scores[2]);
System.out.println("第1组有" + scores[0].length +"个学员.");
System.out.println("第2组有" + scores[1].length +"个学员.");
System.out.println("第3组有" + scores[2].length +"个学员.");
System.out.println("第1组的每一个学员成绩如下：");
System.out.println(scores[0][0]);
System.out.println(scores[0][1]);
System.out.println(scores[0][2]);
System.out.println(scores[0][3]);
}
}
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5.4 二维数组的遍历
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| for(int i=0; i<二维数组名.length; i++){
for(int j=0; j<二维数组名[i].length; j++){
System.out.print(二维数组名[i][j]);
}
System.out.println();
}
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| public class Test23TwoDimensionalArrayIterate {
public static void main(String[] args) {
int[][] scores = {
{85,96,85,75},
{99,96,74,72,75},
{52,42,56,75}
};
System.out.println("一共有" + scores.length +"组成绩.");
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
System.out.print("第" + (i+1) +"组有" + scores[i].length + "个学员，成绩如下：");
for (int j = 0; j < scores[i].length; j++) {
System.out.print(scores[i][j]+"\t");
}
System.out.println();
}
}
}
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5.5 内存解析
二维数组本质上是元素类型是一维数组的一维数组。
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| int[][] arr = {
{1},
{2,2},
{3,3,3},
{4,4,4,4},
{5,5,5,5,5}
};
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|
int[][] arr = new int[4][5];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
for (int j = 0; j < arr.length; j++) {
arr[i][j] = i + 1;
}
}
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int[][] arr = new int[5][];
for(int i=0; i<arr.length; i++){
arr[i] = new int[i+1];
}
for(int i=0; i<arr.length; i++){
for(int j=0; j<arr[i].length; j++){
arr[i][j] = i+1;
}
}
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5.6 应用举例
案例1：获取arr数组中所有元素的和。
提示：使用for的嵌套循环即可。
案例2：声明：int[] x,y[]; 在给x,y变量赋值以后，以下选项允许通过编译的是：
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| 声明：int[] x,y[]; 在给x,y变量赋值以后，以下选项允许通过编译的是：
a) x[0] = y;
b) y[0] = x;
c) y[0][0] = x;
d) x[0][0] = y;
e) y[0][0] = x[0];
f) x = y;
提示：
一维数组：int[] x 或者int x[]
二维数组：int[][] y 或者 int[] y[] 或者 int y[][]
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案例3：使用二维数组打印一个 10 行杨辉三角。
提示：
第一行有 1 个元素, 第 n 行有 n 个元素
每一行的第一个元素和最后一个元素都是 1
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：
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| yanghui[i][j] = yanghui[i-1][j-1] + yanghui[i-1][j];
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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] + "\t");
}
System.out.println();
}
}
}
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6. 数组的常见算法
6.1 数值型数组特征值统计
- 这里的特征值涉及到：平均值、最大值、最小值、总和等
举例1：数组统计：求总和、均值
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| public class TestArrayElementSum {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9};
int sum = 0;
for(int i=0; i<arr.length; i++){
sum += arr[i];
}
double avg = (double)sum/arr.length;
System.out.println("sum = " + sum);
System.out.println("avg = " + avg);
}
}
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举例2：求数组元素的总乘积
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| public class TestArrayElementMul {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9};
long result = 1;
for(int i=0; i<arr.length; i++){
result *= arr[i];
}
System.out.println("result = " + result);
}
}
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举例3：求数组元素中偶数的个数
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| public class TestArrayElementEvenCount {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9};
int evenCount = 0;
for(int i=0; i<arr.length; i++){
if(arr[i]%2==0){
evenCount++;
}
}
System.out.println("evenCount = " + evenCount);
}
}
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举例4：求数组元素的最大值
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| public class TestArrayMax {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9};
int max = arr[0];
for(int i=1; i<arr.length; i++){
if(arr[i] > max){
max = arr[i];
}
}
System.out.println("max = " + max);
}
}
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举例5：找最值及其第一次出现的下标
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| public class TestMaxIndex {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9};
int max = arr[0];
int index = 0;
for(int i=1; i<arr.length; i++){
if(arr[i] > max){
max = arr[i];
index = i;
}
}
System.out.println("max = " + max);
System.out.println("index = " + index);
}
}
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举例6：找最值及其所有最值的下标
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| public class Test13AllMaxIndex {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9,9,3};
int max = arr[0];
for(int i=1; i<arr.length; i++){
if(arr[i] > max){
max = arr[i];
}
}
System.out.println("最大值是：" + max);
System.out.print("最大值的下标有：");
for(int i=0; i<arr.length; i++){
if(max == arr[i]){
System.out.print(i+"\t");
}
}
System.out.println();
}
}
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优化
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| public class Test13AllMaxIndex2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {4,5,6,1,9,9,3};
int max = arr[0];
String index = "0";
for(int i=1; i<arr.length; i++){
if(arr[i] > max){
max = arr[i];
index = i + "";
}else if(arr[i] == max){
index += "," + i;
}
}
System.out.println("最大值是" + max);
System.out.println("最大值的下标是[" + index+"]");
}
}
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举例7(难)：输入一个整形数组，数组里有正数也有负数。数组中连续的一个或多个整数组成一个子数组，每个子数组都有一个和。求所有子数组的和的最大值。要求时间复杂度为O(n)。
例如：输入的数组为1, -2, 3, -10, -4, 7, 2, -5，和最大的子数组为3, 10, -4, 7, 2，因此输出为该子数组的和18。
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| public class Test5 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1, -2, 3, 10, -4, 7, 2, -5};
int i = getGreatestSum(arr);
System.out.println(i);
}
public static int getGreatestSum(int[] arr){
int greatestSum = 0;
if(arr == null || arr.length == 0){
return 0;
}
int temp = greatestSum;
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
temp += arr[i];
if(temp < 0){
temp = 0;
}
if(temp > greatestSum){
greatestSum = temp;
}
}
if(greatestSum == 0){
greatestSum = arr[0];
for(int i = 1;i < arr.length;i++){
if(greatestSum < arr[i]){
greatestSum = arr[i];
}
}
}
return greatestSum;
}
}
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举例8：评委打分
分析以下需求，并用代码实现：
（1）在编程竞赛中，有10位评委为参赛的选手打分，分数分别为：5，4，6，8，9，0，1，2，7，3
（2）求选手的最后得分（去掉一个最高分和一个最低分后其余8位评委打分的平均值）
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public class ArrayExer {
public static void main(String[] args) {
int[] scores = {5,4,6,8,9,0,1,2,7,3};
int max = scores[0];
int min = scores[0];
int sum = 0;
for(int i = 0;i < scores.length;i++){
if(max < scores[i]){
max = scores[i];
}
if(min > scores[i]){
min = scores[i];
}
sum += scores[i];
}
double avg = (double)(sum - max - min) / (scores.length - 2);
System.out.println("选手去掉最高分和最低分之后的平均分为：" + avg);
}
}
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6.2 数组元素的赋值与数组复制
举例1：杨辉三角（见二维数组课后案例）
举例2：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。 array2 = array1;
思考：array1和array2是什么关系？
拓展：修改题目，实现array2对array1数组的复制
举例3：一个数组，让数组的每个元素去除第一个元素，得到的商作为被除数所在位置的新值。
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| public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{12,43,65,3,-8,64,2};
for(int i = arr.length -1;i >= 0;i--){
arr[i] = arr[i] / arr[0];
}
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.print(arr[i] + " ");
}
}
}
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举例4：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。
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| public class Test4 {
@Test
public void test1() {
int[] arr = new int[6];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
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]);
}
}
@Test
public void test2(){
int[] arr = new int[6];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
arr[i] = (int) (Math.random() * 30) + 1;
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (arr[i] == arr[j]) {
i--;
break;
}
}
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
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举例5：扑克牌
案例：遍历扑克牌
遍历扑克牌，效果如图所示：
提示：使用两个字符串数组，分别保存花色和点数，再用一个字符串数组保存最后的扑克牌。
String[] hua = {“黑桃”,”红桃”,”梅花”,”方片”};
String[] dian = {“A”,”2”,”3”,”4”,”5”,”6”,”7”,”8”,”9”,”10”,”J”,”Q”,”K”};
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| package com.atguigu3.common_algorithm.exer5;
public class ArrayExer05 {
public static void main(String[] args) {
String[] hua = {"黑桃","红桃","梅花","方片"};
String[] dian = {"A","2","3","4","5","6","7","8","9","10","J","Q","K"};
String[] pai = new String[hua.length * dian.length];
int k = 0;
for(int i = 0;i < hua.length;i++){
for(int j = 0;j < dian.length;j++){
pai[k++] = hua[i] + dian[j];
}
}
for (int i = 0; i < pai.length; i++) {
System.out.print(pai[i] + " ");
if(i % 13 == 12){
System.out.println();
}
}
}
}
|
拓展：在上述基础上，增加大王、小王。
举例6：回形数
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：
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public class RectangleTest {
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;
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--;
}
}
}
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();
}
}
}
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public class RectangleTest1 {
public static void main(String[] args) {
int n = 7;
int[][] arr = new int[n][n];
int count = 0;
int maxX = n-1;
int maxY = n-1;
int minX = 0;
int minY = 0;
while(minX<=maxX) {
for(int x=minX;x<=maxX;x++) {
arr[minY][x] = ++count;
}
minY++;
for(int y=minY;y<=maxY;y++) {
arr[y][maxX] = ++count;
}
maxX--;
for(int x=maxX;x>=minX;x--) {
arr[maxY][x] = ++count;
}
maxY--;
for(int y=maxY;y>=minY;y--) {
arr[y][minX] = ++count;
}
minX++;
}
for(int i=0;i<arr.length;i++) {
for(int j=0;j<arr.length;j++) {
String space = (arr[i][j]+"").length()==1 ? "0":"";
System.out.print(space+arr[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
}
}
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6.3 数组元素的反转
实现思想：数组对称位置的元素互换。
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| public class TestArrayReverse1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3,4,5};
System.out.println("反转之前：");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
for(int i=0; i<arr.length/2; i++){
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[arr.length-1-i];
arr[arr.length-1-i] = temp;
}
System.out.println("反转之后：");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
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或
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| public class TestArrayReverse2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3,4,5};
System.out.println("反转之前：");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
for(int left=0,right=arr.length-1; left<right; left++,right--){
int temp = arr[left];
arr[left] = arr[right];
arr[right] = temp;
}
System.out.println("反转之后：");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
|
6.4 数组的扩容与缩容
数组的扩容
题目：现有数组 int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5}; ，现将数组长度扩容1倍，并将10,20,30三个数据添加到arr数组中，如何操作？
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| public class ArrTest1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
int[] newArr = new int[arr.length << 1];
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
newArr[i] = arr[i];
}
newArr[arr.length] = 10;
newArr[arr.length + 1] = 20;
newArr[arr.length + 2] = 30;
arr = newArr;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
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数组的缩容
题目：现有数组 int[] arr={1,2,3,4,5,6,7}。现需删除数组中索引为4的元素。
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| public class ArrTest2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
int delIndex = 4;
for (int i = delIndex; i < arr.length - 1; i++) {
arr[i] = arr[i + 1];
}
arr[arr.length - 1] = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
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6.5 数组的元素查找
1、顺序查找
顺序查找：挨个查看
要求：对数组元素的顺序没要求
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| public class TestArrayOrderSearch {
public static void main(String[] args){
int[] arr = {4,5,6,1,9};
int value = 1;
int index = -1;
for(int i=0; i<arr.length; i++){
if(arr[i] == value){
index = i;
break;
}
}
if(index==-1){
System.out.println(value + "不存在");
}else{
System.out.println(value + "的下标是" + index);
}
}
}
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2、二分查找
举例：
实现步骤：
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int[] arr3 = new int[]{-99,-54,-2,0,2,33,43,256,999};
boolean isFlag = true;
int value = 256;
int head = 0;
int end = arr3.length - 1;
while(head <= end){
int middle = (head + end) / 2;
if(arr3[middle] == value){
System.out.println("找到指定的元素，索引为：" + middle);
isFlag = false;
break;
}else if(arr3[middle] > value){
end = middle - 1;
}else{
head = middle + 1;
}
}
if(isFlag){
System.out.println("未找打指定的元素");
}
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6.6 数组元素排序
6.6.1 算法概述
定义
- 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：
6.6.2 排序算法概述
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。
十大内部排序算法
数组的排序算法很多，实现方式各不相同，时间复杂度、空间复杂度、稳定性也各不相同：
常见时间复杂度所消耗的时间从小到大排序：
O(1) < O(logn) < O(n) < O(nlogn) < O(n^2) < O(n^3) < O(2^n) < O(n!) < O(n^n)
注意，经常将以2为底n的对数简写成logn。
6.6.3 冒泡排序（Bubble Sort）
排序思想：
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。
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。
针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
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。
动态演示：https://visualgo.net/zh/sorting
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public class Test19BubbleSort{
public static void main(String[] args){
int[] arr = {6,9,2,9,1};
for(int i=1; i<arr.length; i++){
for(int j=0; j<arr.length-i; j++){
if(arr[j] > arr[j+1]){
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j+1];
arr[j+1] = temp;
}
}
}
for(int i=0; i<arr.length; i++){
System.out.print(arr[i]+" ");
}
}
}
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冒泡排序优化（选讲）
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class Test19BubbleSort2{
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 3, 5, 7, 9};
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
boolean flag = true;
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;
flag = false;
}
}
if (flag) {
break;
}
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.print(arr[i] + " ");
}
}
}
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6.6.4 快速排序
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，快速排序的时间复杂度为O(nlog(n))。
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。
排序思想：
从数列中挑出一个元素，称为”基准”（pivot），
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。
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。
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。
动态演示：https://visualgo.net/zh/sorting
图示1：
图示2：
第一轮操作：
第二轮操作：
6.6.5 内部排序性能比较与选择
性能比较
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
选择
- 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。
- 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；
- 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。
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。 比如：
数组元素拼接
- static String toString(int[] a) ：字符串表示形式由数组的元素列表组成，括在方括号（”[]”）中。相邻元素用字符 “, “（逗号加空格）分隔。形式为：[元素1，元素2，元素3。。。]
- static String toString(Object[] a) ：字符串表示形式由数组的元素列表组成，括在方括号（”[]”）中。相邻元素用字符 “, “（逗号加空格）分隔。元素将自动调用自己从Object继承的toString方法将对象转为字符串进行拼接，如果没有重写，则返回类型@hash值，如果重写则按重写返回的字符串进行拼接。
数组排序
- static void sort(int[] a) ：将a数组按照从小到大进行排序
- static void sort(int[] a, int fromIndex, int toIndex) ：将a数组的[fromIndex, toIndex)部分按照升序排列
- static void sort(Object[] a) ：根据元素的自然顺序对指定对象数组按升序进行排序。
- static void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) ：根据指定比较器产生的顺序对指定对象数组进行排序。
数组元素的二分查找
- static int binarySearch(int[] a, int key) 、static int binarySearch(Object[] a, Object key) ：要求数组有序，在数组中查找key是否存在，如果存在返回第一次找到的下标，不存在返回负数。
数组的复制
- static int[] copyOf(int[] original, int newLength) ：根据original原数组复制一个长度为newLength的新数组，并返回新数组
- static T[] copyOf(T[] original,int newLength)：根据original原数组复制一个长度为newLength的新数组，并返回新数组
- static int[] copyOfRange(int[] original, int from, int to) ：复制original原数组的[from,to)构成新数组，并返回新数组
- static T[] copyOfRange(T[] original,int from,int to)：复制original原数组的[from,to)构成新数组，并返回新数组
比较两个数组是否相等
- static boolean equals(int[] a, int[] a2) ：比较两个数组的长度、元素是否完全相同
- static boolean equals(Object[] a,Object[] a2)：比较两个数组的长度、元素是否完全相同
填充数组
- static void fill(int[] a, int val) ：用val值填充整个a数组
- static void fill(Object[] a,Object val)：用val对象填充整个a数组
- static void fill(int[] a, int fromIndex, int toIndex, int val)：将a数组[fromIndex,toIndex)部分填充为val值
- static void fill(Object[] a, int fromIndex, int toIndex, Object val) ：将a数组[fromIndex,toIndex)部分填充为val对象
举例：java.util.Arrays类的sort()方法提供了数组元素排序功能：
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| import java.util.Arrays;
public class SortTest {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {3, 2, 5, 1, 6};
System.out.println("排序前" + Arrays.toString(arr));
Arrays.sort(arr);
System.out.println("排序后" + Arrays.toString(arr));
}
}
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8. 数组中的常见异常
8.1 数组角标越界异常
当访问数组元素时，下标指定超出[0, 数组名.length-1]的范围时，就会报数组下标越界异常：ArrayIndexOutOfBoundsException。
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| public class TestArrayIndexOutOfBoundsException {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println("最后一个元素：" + arr[arr.length-1]);
}
}
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创建数组，赋值3个元素，数组的索引就是0，1，2，没有3索引，因此我们不能访问数组中不存在的索引，程序运行后，将会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 数组越界异常。在开发中，数组的越界异常是不能出现的，一旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。
8.2 空指针异常
观察一下代码，运行后会出现什么结果。
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| public class TestNullPointerException {
public static void main(String[] args) {
int[][] arr = new int[3][];
System.out.println(arr[0][0]);
}
}
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因为此时数组的每一行还未分配具体存储元素的空间，此时arr[0]是null，此时访问arr[0][0]会抛出NullPointerException 空指针异常。
空指针异常在内存图中的表现
小结：空指针异常情况
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String[] arr3 = new String[10];
System.out.println(arr3[2].toString());
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