第三章 java数组

数组的使用

一、 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。

数组的常见概念

数组名

下标(或索引)

元素

数组的长度

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：

1、按照维度：一维数组、二维数组、三维数组、… 2、 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)

二、一维数组的使用：声明

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

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

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。

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 argv[]){ 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！)

创建基本数据类型数组 (1)

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 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; System.out.println(s[i]); } } }

创建基本数据类型数组 (2)

public class Test{ public static void main(String args[]){ int[] s; s = new int[10]; //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]); } } }

创建基本数据类型数组 (3)

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; System.out.println(s[i]); } } }

内存结构图

练习

第一题

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。 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); } }

第二题

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。

三、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。

多维数组的格式

格式1（动态初始化）：int[][] arr = new int[3][2];

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（动态初始化）：int[][] arr = new int[3][];

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

格式3（静态初始化）：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。 Java中多维数组不必都是规则矩阵形式

内存结构

练习

【拓展之笔试题】 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。

四、数组中涉及到的常见算法

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

//二分法查找：要求此数组必须是有序的。 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"); }

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： 1.时间复杂度：分析关键字的比较次数和记录的移动次数 2.空间复杂度：分析排序算法中需要多少辅助内存 3.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。

算法的5大特征

说明：满足确定性的算法也称为：确定性算法。现在人们也关注更广泛的概念，例如 考虑各种非确定性的算法，如并行算法、概率算法等。另外，人们也关注并不要求终 止的计算描述，这种描述有时被称为过程（procedure）。

十大内部排序算法

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

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：

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。

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：

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。

排序算法性能对比

各种内部排序方法性能比较

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。

排序算法的选择

(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。

五、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。

数组排序

import java.util.Arrays; public class SortTest { public static void main(String[] args) { int [] numbers = {5,900,1,5,77,30,64,700}; Arrays.sort(numbers); for(int i = 0; i < numbers.length; i++){ System.out.println(numbers[i]); } } }

六、数组使用中的常见异常

七、每日一练