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Java數據結構和算法(二)——數組

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  上篇博客我們簡單介紹了數據結構和算法的概念,對此模糊很正常,後面會慢慢通過具體的實例來介紹。本篇博客我們介紹數據結構的鼻祖——數組,可以說數組幾乎能表示一切的數據結構,在每一門編程語言中,數組都是重要的數據結構,當然每種語言對數組的實現和處理也不相同,但是本質是都是用來存放數據的的結構,這裏我們以Java語言為例,來詳細介紹Java語言中數組的用法。

1、Java數組介紹

  在Java中,數組是用來存放同一種數據類型的集合,註意只能存放同一種數據類型。

  ①、數組的聲明

  第一種方式:

數據類型 []  數組名稱 = new 數據類型[數組長度];

  這裏 [] 可以放在數組名稱的前面,也可以放在數組名稱的後面,我們推薦放在數組名稱的前面,這樣看上去 數據類型 [] 表示的很明顯是一個數組類型,而放在數組名稱後面,則不是那麽直觀。

  第二種方式:

數據類型 [] 數組名稱 = {數組元素1,數組元素2,......}

  這種方式聲明數組的同時直接給定了數組的元素,數組的大小有給定的數組元素個數決定。

//聲明數組1,聲明一個長度為3,只能存放int類型的數據
int [] myArray = new int[3];
//聲明數組2,聲明一個數組元素為 1,2,3的int類型數組
int [] myArray2 = {1,2,3};

  ②、訪問數組元素以及給數組元素賦值

  數組是存在下標索引的,通過下標可以獲取指定位置的元素,數組小標是從0開始的,也就是說下標0對應的就是數組中第1個元素,可以很方便的對數組中的元素進行存取操作。

  前面數組的聲明第二種方式,我們在聲明數組的同時,也進行了初始化賦值。

//聲明數組,聲明一個長度為3,只能存放int類型的數據
int [] myArray = new int[3];
//給myArray第一個元素賦值1
myArray[0] = 1;
//訪問myArray的第一個元素
System.out.println(myArray[0]);

  上面的myArray 數組,我們只能賦值三個元素,也就是下標從0到2,如果你訪問 myArray[3] ,那麽會報數組下標越界異常。

  ③、數組遍歷

  數組有個 length 屬性,是記錄數組的長度的,我們可以利用length屬性來遍歷數組。

//聲明數組2,聲明一個數組元素為 1,2,3的int類型數組
int [] myArray2 = {1,2,3};
for(int i = 0 ; i < myArray2.length ; i++){
	System.out.println(myArray2[i]);
}

  

2、用類封裝數組實現數據結構

  上一篇博客我們介紹了一個數據結構必須具有以下基本功能:

  ①、如何插入一條新的數據項

  ②、如何尋找某一特定的數據項

  ③、如何刪除某一特定的數據項

  ④、如何叠代的訪問各個數據項,以便進行顯示或其他操作

  而我們知道了數組的簡單用法,現在用類的思想封裝一個數組,實現上面的四個基本功能:

  ps:假設操作人是不會添加重復元素的,這裏沒有考慮重復元素,如果添加重復元素了,後面的查找,刪除,修改等操作只會對第一次出現的元素有效。

package com.ys.array;

public class MyArray {
	//定義一個數組
	private int [] intArray;
	//定義數組的實際有效長度
	private int elems;
	//定義數組的最大長度
	private int length;
	
	//默認構造一個長度為50的數組
	public MyArray(){
		elems = 0;
		length = 50;
		intArray = new int[length];
	}
	//構造函數,初始化一個長度為length 的數組
	public MyArray(int length){
		elems = 0;
		this.length = length;
		intArray = new int[length];
	}
	
	//獲取數組的有效長度
	public int getSize(){
		return elems;
	}
	
	/**
	 * 遍歷顯示元素
	 */
	public void display(){
		for(int i = 0 ; i < elems ; i++){
			System.out.print(intArray[i]+" ");
		}
		System.out.println();
	}
	
	/**
	 * 添加元素
	 * @param value,假設操作人是不會添加重復元素的,如果有重復元素對於後面的操作都會有影響。
	 * @return添加成功返回true,添加的元素超過範圍了返回false
	 */
	public boolean add(int value){
		if(elems == length){
			return false;
		}else{
			intArray[elems] = value;
			elems++;
		}
		return true;
	}
	
	/**
	 * 根據下標獲取元素
	 * @param i
	 * @return查找下標值在數組下標有效範圍內,返回下標所表示的元素
	 * 查找下標超出數組下標有效值,提示訪問下標越界
	 */
	public int get(int i){
		if(i<0 || i>elems){
			System.out.println("訪問下標越界");
		}
		return intArray[i];
	}
	/**
	 * 查找元素
	 * @param searchValue
	 * @return查找的元素如果存在則返回下標值,如果不存在,返回 -1
	 */
	public int find(int searchValue){
		int i ;
		for(i = 0 ; i < elems ;i++){
			if(intArray[i] == searchValue){
				break;
			}
		}
		if(i == elems){
			return -1;
		}
		return i;
	}
	/**
	 * 刪除元素
	 * @param value
	 * @return如果要刪除的值不存在,直接返回 false;否則返回true,刪除成功
	 */
	public boolean delete(int value){
		int k = find(value);
		if(k == -1){
			return false;
		}else{
			if(k == elems-1){
				elems--;
			}else{
				for(int i = k; i< elems-1 ; i++){
					intArray[i] = intArray[i+1];
					elems--;
				}
			}
			return true;
		}
	}
	/**
	 * 修改數據
	 * @param oldValue原值
	 * @param newValue新值
	 * @return修改成功返回true,修改失敗返回false
	 */
	public boolean modify(int oldValue,int newValue){
		int i = find(oldValue);
		if(i == -1){
			System.out.println("需要修改的數據不存在");
			return false;
		}else{
			intArray[i] = newValue;
			return true;
		}
	}

}

  測試:

package com.ys.test;

import com.ys.array.MyArray;

public class MyArrayTest {
	public static void main(String[] args) {
		//創建自定義封裝數組結構,數組大小為4
		MyArray array = new MyArray(4);
		//添加4個元素分別是1,2,3,4
		array.add(1);
		array.add(2);
		array.add(3);
		array.add(4);
		//顯示數組元素
		array.display();
		//根據下標為0的元素
		int i = array.get(0);
		System.out.println(i);
		//刪除4的元素
		array.delete(4);
		//將元素3修改為33
		array.modify(3, 33);
		array.display();
	}

}

  打印結果為:

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3、分析數組的局限性

  通過上面的代碼,我們發現數組是能完成一個數據結構所有的功能的,而且實現起來也不難,那數據既然能完成所有的工作,我們實際應用中為啥不用它來進行所有的數據存儲呢?那肯定是有原因呢。

  數組的局限性分析:

  ①、插入快,對於無序數組,上面我們實現的數組就是無序的,即元素沒有按照從大到小或者某個特定的順序排列,只是按照插入的順序排列。無序數組增加一個元素很簡單,只需要在數組末尾添加元素即可,但是有序數組卻不一定了,它需要在指定的位置插入。

  ②、查找慢,當然如果根據下標來查找是很快的。但是通常我們都是根據元素值來查找,給定一個元素值,對於無序數組,我們需要從數組第一個元素開始遍歷,知道找到那個元素。有序數組通過特定的算法查找的速度會比無需數組快,後面我們會講各種排序算法。

  ③、刪除慢,根據元素值刪除,我們要先找到該元素所處的位置,然後將元素後面的值整體向前面移動一個位置。也需要比較多的時間。

  ④、數組一旦創建後,大小就固定了,不能動態擴展數組的元素個數。如果初始化你給一個很大的數組大小,那會白白浪費內存空間,如果給小了,後面數據個數增加了又添加不進去了。

  很顯然,數組雖然插入快,但是查找和刪除都比較慢,所以我們不會用數組來存儲所有的數據,那有沒有什麽數據結構插入、查找、刪除都很快,而且還能動態擴展存儲個數大小呢,答案是有的,但是這是建立在很復雜的算法基礎上,後面我們也會詳細講解。

4、總結

  本篇博客我們講解了數組的基本用法,以及用Java語言中的類實現了一個數組的數據結構,但是我們分析該數據結構,發現存在很多性能問題,後面會講解別的數據結構,看看那些數據結構是如何處理這些問題的。當然在講解數據結構之前,下篇博客我們會簡單的介紹幾種常用的排序算法。

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