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数据结构与算法-数组

数据结构与算法-数组

作者: HughJin | 来源:发表于2021-04-26 09:45 被阅读0次

Java工程师知识树


概念

数组是一种大小固定的数据结构,对线性表的所有操作都可以通过数组来实现。

数组是最最基本的数据结构,很多语言都内置支持数组。数组是使用一块连续的内存空间保存数据,保存的数据的个数在分配内存的时候就是确定的:

包含 n 个数据的数组

数组的时间复杂度分析:

查找:访问数组中第 n 个数据的时间花费是 O(1) 但是要在数组中查找一个指定的数据(是否存在某个元素)则是 O(N)。

插入或删除:当向数组中插入或者删除数据的时候,最好的情况是在数组的末尾进行操作,时间复杂度是O(1) ,但是最坏情况是插入或者删除第一个数据,时间复杂度是 O(N) 。在数组的任意位置插入或者删除数据的时候,后面的数据全部需要移动,移动的数据还是和数据个数有关所以总体的时间复杂度仍然是 O(N)

向数组中插入数据
数组实现动态的数据结构

虽然数组一旦创建之后,它的大小就无法改变了,但是当数组不能再存储线性表中的新元素时,我们可以创建一个新的大的数组来替换当前数组。这样就可以使用数组实现动态的数据结构

/**代码1 创建一个更大的数组来替换当前数组*/
int[] oldArray = new int[10];    
int[] newArray = new int[20];        
for (int i = 0; i < oldArray.length; i++) {
    newArray[i] = oldArray[i];
}
// 也可以使用System.arraycopy方法来实现数组间的复制     
// System.arraycopy(oldArray, 0, newArray, 0, oldArray.length);
oldArray = newArray;

/**代码2 在数组位置index上添加元素e*/

//oldArray 表示当前存储元素的数组
//size 表示当前元素个数
public void add(int index, int e) {
    if (index > size || index < 0) {
        System.out.println("位置不合法...");
    }
    //如果数组已经满了 就扩容
    if (size >= oldArray.length) {
        // 扩容函数可参考代码1
    }
    for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
        oldArray[i + 1] = oldArray[i];
    }
    //将数组elementData从位置index的所有元素往后移一位
    // System.arraycopy(oldArray, index, oldArray, index + 1,size - index);
    oldArray[index] = e;
    size++;
}

源码使用范例:arrayList.add()源码


数组操作实例

public class MyArray {
    //定义一个数组
    private int [] intArray;
    //定义数组的实际有效长度
    private int elems;
    //定义数组的最大长度
    private int length;
     
    //默认构造一个长度为50的数组
    public MyArray(){
        elems = 0;
        length = 50;
        intArray = new int[length];
    }
    //构造函数,初始化一个长度为length 的数组
    public MyArray(int length){
        elems = 0;
        this.length = length;
        intArray = new int[length];
    }
     
    //获取数组的有效长度
    public int getSize(){
        return elems;
    }
     
    /**
     * 遍历显示元素
     */
    public void display(){
        for(int i = 0 ; i < elems ; i++){
            System.out.print(intArray[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }
     
    /**
     * 添加元素
     * @param value,假设操作人是不会添加重复元素的,如果有重复元素对于后面的操作都会有影响。
     * @return添加成功返回true,添加的元素超过范围了返回false
     */
    public boolean add(int value){
        if(elems ** length){
            return false;
        }else{
            intArray[elems] = value;
            elems++;
        }
        return true;
    }
     
    /**
     * 根据下标获取元素
     * @param i
     * @return查找下标值在数组下标有效范围内,返回下标所表示的元素
     * 查找下标超出数组下标有效值,提示访问下标越界
     */
    public int get(int i){
        if(i<0 || i>elems){
            System.out.println("访问下标越界");
        }
        return intArray[i];
    }
    /**
     * 查找元素
     * @param searchValue
     * @return查找的元素如果存在则返回下标值,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;
    }
    /**
     * 删除元素
     * @param value
     * @return如果要删除的值不存在,直接返回 false;否则返回true,删除成功
     */
    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;
        }
    }
    /**
     * 修改数据
     * @param oldValue原值
     * @param newValue新值
     * @return修改成功返回true,修改失败返回false
     */
    public boolean modify(int oldValue,int newValue){
        int i = find(oldValue);
        if(i ** -1){
            System.out.println("需要修改的数据不存在");
            return false;
        }else{
            intArray[i] = newValue;
            return true;
        }
    }
 
}
public class MyArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建自定义封装数组结构,数组大小为4
        MyArray array = new MyArray(4);
        //添加4个元素分别是1,2,3,4
        array.add(1);
        array.add(2);
        array.add(3);
        array.add(4);
        //显示数组元素
        array.display();
        //根据下标为0的元素
        int i = array.get(0);
        System.out.println(i);
        //删除4的元素
        array.delete(4);
        //将元素3修改为33
        array.modify(3, 33);
        array.display();
    }
 
}

数据在main方法中初始化程序执行的流程


数组的遍历方式

int[] arr = {1, 1, 2, 0, 9, 3, 12, 7, 8, 3, 4, 65, 22};

// 遍历方式1:java 8新特性(利用Lambda表达式)→通过转成流输出数组
Arrays.stream(arr).forEach(item -> {
    System.out.print(item + " ");
});
System.out.println();
// 遍历方式2:通过传统for循环遍历
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.print(arr[i] + " ");
}
System.out.println();
// 遍历方式3:通过增强for循环遍历(也成for-each循环)
for (int i : arr) {
    System.out.print(i + " ");
}
System.out.println();

打印结果:
65 22 12 9 8 7 4 3 3 2 1 1 0 
65 22 12 9 8 7 4 3 3 2 1 1 0 
65 22 12 9 8 7 4 3 3 2 1 1 0 



import java.util.Arrays;

public class SwapUtil {

    public static void main(String[] args) {
        // 临时变量法
        int[] array = new int[]{10, 20};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        swapByTemp(array, 0, 1);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        
        // 算术法
        array = new int[]{10, 20};
        swapByArithmetic(array, 0, 1);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        
        // 位运算法
        array = new int[]{10, 20};
        swapByBitOperation(array, 0, 1);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

    /**
     * 通过临时变量交换数组array的i和j位置的数据
     * @param array 数组
     * @param i 下标i
     * @param j 下标j
     */
    public static void swapByTemp(int[] array, int i, int j) {
        int temp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = temp;
    }

    /**
     * 通过算术法交换数组array的i和j位置的数据(有可能溢出)
     * @param array 数组
     * @param i 下标i
     * @param j 下标j
     */
    public static void  swapByArithmetic(int[] array, int i, int j) {
        array[i] = array[i] + array[j];
        array[j] = array[i] - array[j];
        array[i] = array[i] - array[j];
    }


    /**
     * 通过位运算法交换数组array的i和j位置的数据
     * @param array 数组
     * @param i 下标i
     * @param j 下标j
     */
    public static void  swapByBitOperation(int[] array, int i, int j) {
        array[i] = array[i]^array[j];
        array[j] = array[i]^array[j]; //array[i]^array[j]^array[j]=array[i]
        array[i] = array[i]^array[j]; //array[i]^array[j]^array[i]=array[j]
    }
}


有序数组与无序数据

总结无序数组增加元素很方便,直接在末尾添加就行(保证数组长度足够大);有序数组查找元素相对方便。

//无序数组的基本操作代码
/**
 * 无序数组
 */
public class UnorderedArray {

    public static void main(String[] args) {

        //声明一个20000长度的整形数组
        int[] a = new int[2000000];

        //数组a初始化10000个数
        a = randSort(1, 1000000);

        //向数组中中添加一个数
        insert(5055, a);

        //在数组中查询一个数
        select(500, a);

        //在数组中删除一个数
        delete(888, a);

        //在数组中更改一个数
        update(1000, 6, a);
    }

    /**
     * 利用set生成无重复元素无序随机数组
     * @param min 整数数组的最小值
     * @param max 整数数组的最大值
     * @return
     */
    public static int[] randSort(int min, int max) {

        int[] arr = new int[2000000];

        for (int i = 0; i < max; i++) {
            arr[i] = min + i;
        }
        Random random = new Random();
        Set<Float> set = new HashSet<>();
        for (int i : arr) {
            set.add(i + random.nextFloat());
        }
        int j = 0;
        for (Float float1 : set) {
            arr[j] = (int) float1.floatValue();
            j++;
        }
        return arr;
    }

    /**
     * 无序数组在末尾插入一个数
     * @param t
     * @param array
     */
    public static void insert(int t, int[] array) {

        Long t1 = System.currentTimeMillis();

        array[10000] = t;

        Long t2 = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("成功在末尾插入一个数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");
    }

    /**
     * 无序数组查询
     */
    public static void select(int t, int[] array) {

        Long t1 = System.currentTimeMillis();

        int i = 0;

        for (; i < array.length; i++) {
            if (array[i] ** t) {
                Long t2 = System.currentTimeMillis();

                System.out.println("在数组中找到了这个数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");
                return;
            }
        }

        Long t2 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("没有找到该数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");

    }

    /**
     * 无序数组删除
     */
    public static void delete(int t, int[] array) {

        Long t1 = System.currentTimeMillis();

        int i = 0;

        for (; i < array.length; i++) {
            if (array[i] ** t) {
                for (int k = i; k < array.length; k++) {
                    if (k ** array.length - 1) {
                        array[k] = 0;
                    } else {
                        array[k] = array[k + 1];
                    }
                }
                Long t2 = System.currentTimeMillis();

                System.out.println("成功删除该数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");
                return;
            }
        }


        Long t2 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("没有找到该数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");

    }


    /**
     * 无序数组更改
     * @param old
     * @param new1
     * @param array
     */
    public static void update(int old, int new1, int[] array) {
        Long t1 = System.currentTimeMillis();

        int i = 0;

        for (; i < array.length; i++) {
            if (array[i] ** old) {
                array[i] = new1;
                Long t2 = System.currentTimeMillis();

                System.out.println("成功更改该数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");
                return;
            }
        }

        Long t2 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("没有找到该数,用时:" + (t2 - t1) + "ms");

    }

}
//有序数组的基本操作相关代码
/**
*
*增加
*
*/
public boolean insert(int value){
 
        if(nElems>=initSize){ 
            return false;
        }
 
        int index = 0; 
        for(int i=0;i<nElems;i++){
            if (value < orderArray[i]){
                index = i;  
                break;
            }
        }
       
        for(int j=nElems-1;j>=index;j--){
            orderArray[j+1] = orderArray[j];
        }
        orderArray[index] = value;
        nElems++;
        return true;
}
 
 
/**
*
*删除
*
*/
public  boolean delete(int value){
 
        boolean flag = false;
        int index = 0;
        for(int i=0;i<nElems;i++){ 
            if(value ** orderArray[i]){
                index = i;
                flag = true;
                break;
            }
        }
 
        if(!flag)  
            return false;
 
        for(int i=index;i<nElems-1;i++){  
            orderArray[i] = orderArray[i+1];
        }
        orderArray[nElems-1] = 0;  
        nElems--;
        return true;
}

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