java学习之数据结构:一、数组

主要是对数组所有的东西进行总结,整理

适合小白~

目录

1.什么是数组

1.1数组定义

1.2数组创建

1)静态创建

2)动态创建

1.3数组遍历

1)for和while遍历

2)foreach遍历

2.数组越界问题及解决

2.1数组越界问题

2.2越界问题解决----数组拷贝扩容

1)防止发生:

2)发生后解决:

[3)采用List list = new ArrayList<>();](#3)采用List list = new ArrayList<>();)

3.数组算法

3.1插入算法

1)尾插法

2)指定位置插入法

2.删除

1)删除第一个符合条件的数据

2)删除所有符合条件的数据

3)使用快慢指针删除元素

3.查找算法

1)二分查找法


1.什么是数组

1.1数组定义

数组是一种用于存储固定大小的同类型元素的集合,是一种数据结构。

java 复制代码
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
        char[] chars = {'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j'};
        String[] strings = {"hello","world","java","python","c++"};
        double[] doubles = {1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.9,10.10};

1.2数组创建

有两种方式。[两者相比后者灵活性更高,区别不大,针对需求选择格式使用]

1)静态创建

在创建数组时就明确地指定数组中的元素,数组的长度由指定的元素个数决定。

java 复制代码
// 基本数据类型数组
int[] staticArray1 = {1, 2, 3, 4, 5};
// 对象数组
String[] staticArray2 = {"apple", "banana", "cherry"};

2)动态创建

在创建数组时只指定数组的长度,而不具体给出数组元素的初始值。后续可以再对数组元素进行赋值操作。

java 复制代码
// 基本数据类型数组
int[] dynamicArray1 = new int[5];

List<Integer> list = new ArrayList<>();

1.3数组遍历

java中数组有两种常见的遍历方式

1)for和while遍历

2)foreach遍历

这种方式不能修改数组值和单独访问下标索引。形式为for( int name : names)表示对数组names中的每个元素都复制给name然后执行

java 复制代码
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//        for遍历
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
//        while遍历
        int i = 0;
        while (i< arr.length){
            System.out.println(arr[i]);
        }
//        foreach遍历
        for (int i : arr) {
            System.out.println(i);
        }

2.数组越界问题及解决

2.1数组越界问题

数组越界:访问的索引值超过了数组的最大长度-1[因为数组下标从0开始]。或者是添加元素超过了数组最大长度-1、删除数组中没有的元素

越界异常提示实例如下:

java 复制代码
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
        System.out.println(arr[10]);

提示为:

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 10 out of bounds for length 10

at com.weimeng.test.array.main(array.java:25)

2.2越界问题解决----数组拷贝扩容

发生越界后有以下解决方法:

1)防止发生:

仔细检查索引计算:在编写代码时,要确保索引的计算不会超出数组的有效范围。

进行边界检查:在访问数组元素之前,先检查索引是否在有效范围内。可以编写一个if辅助方法来进行边界检查,避免越界访问。

2)发生后解决:

数组扩容:就是创建新数组再拷贝原数组元素,新数组的长度更长。先创建新数组,再将原数组元素复制过来,最后替换引用。如下:

java 复制代码
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//        数组扩容
//先创建新数组,再将原数组元素复制过来,最后替换引用
        int len=arr.length;
        double factor=1.5;//扩大因子
        int[] brr=new int[(int) (len*factor)];//新数组
        for(int i=0;i<len;i++){
            brr[i]=arr[i];
        }
        arr=brr;
        System.out.println(arr[10]);

3)采用List<Integer> list = new ArrayList<>();

这种方法可以防止添加元素越界,访问越界和删除越界可以再结合1)方式。

3.数组算法

3.1插入算法

数组的插入算法是指在数组的特定位置插入一个新元素的操作。由于数组的特性(元素在内存中连续存储,长度固定),插入元素可能需要移动其他元素来腾出空间。

1)尾插法

尾插法过程:判断数组满没满,没满就直接放入数组最后元素的下一个位置;满了就进行扩容再插入。整个过程通过size控制,代码如下:

java 复制代码
public class Array1 {
    int size=0;
    int len=10;
    double factor=1.5;//扩大因子
    int arr[]=new int[len];
    //        目标:实现尾插法
    public static void main(String[] args) {
        Array1 list=new Array1();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        System.out.println(list.toString());
    }
    public void add(int data){
        if(size==len){
            len=(int)(len*factor);
            int[] brr=new int[len];
            for(int i=0;i<size;i++){
                brr[i]=arr[i];
            }
            arr=brr;
        }
        arr[size]=data;
        size++;
    }
    public String toString(){
        String str="[";
        for(int i=0;i<size;i++){
            str+=arr[i];
            if(i!=size-1){
                str+=",";
            }
        }
        str+="]";
        return str;
    }
}

2)指定位置插入法

算法原理:先判断插入位置是否合理,保证代码合法性;再判断数组是否满;插入时反向循环,先将size++,然后arr[i]=size[i-1]进行循环,如下图所示:

java 复制代码
//    指定位置插入
    public void addAtIndex(int index,int data){
        //保证数组访问安全
        if(index<0||index>size){
            System.out.println("超出范围");
            return;
        }
        //扩容
        if(size==len){
            len=(int)(len*factor);
            int[] brr=new int[len];
            for(int i=0;i<size;i++){
                brr[i]=arr[i];
            }
            arr=brr;
        }
        size++;
        for(int i=size;i>index;i--){
            arr[i]=arr[i-1];
        }
        arr[index]=data;
    }
    public String toString(){
        String str="[";
        for(int i=0;i<size;i++){
            str+=arr[i];
            if(i!=size-1){
                str+=",";
            }
        }
        str+="]";
        return str;
    }

2.删除

1)删除第一个符合条件的数据

原理:从前向后遍历,找删除的数据。找不到直接输出"不存在该元素";找到则记录该位置,通过循环从该位置开始,arr[i]=arr[i+1]覆盖掉,size--,输出"删除完成"

java 复制代码
 public void remove(int data) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (arr[i] == data) {
                // 移动元素覆盖要删除的元素
                for (int j = i; j < size - 1; j++) {
                    arr[j] = arr[j + 1];
                }
                // 最后一个有效位置置为默认值
                arr[size - 1] = 0;
                size--;
                System.out.println("删除成功");
                return;
            }
        }
        System.out.println("不存在该元素");
    }

2)删除所有符合条件的数据

即通过循环遍历元素,遇到arr[i]==data就进行删除,如下:

java 复制代码
    public void delete(int data) {
        for(int i=0;i<size;i++){
            if(arr[i]==data){
                for(int j=i+1;j<size;j++){
                    arr[j-1]=arr[j];
                }
                size--;
                i--;
            }
        }
    }

3)使用快慢指针删除元素

  • 慢指针(slow:用于记录删除特定元素后数组的有效长度,它指向的位置是下一个非data元素应该存放的位置。
  • 快指针(fast:用于遍历数组中的每一个元素。

具体步骤:

1.初始化两个指针:slowfast,都指向arr的起始位置(索引为 0)。

2.使用 fast 指针遍历数组:如果 fast 指针指向的元素不等于data,则将该元素赋值给 slow 指针指向的位置,然后 slow 指针向后移动一位。如果 fast 指针指向的元素等于data,则跳过该元素,slow 指针保持不动。

重复步骤 2,直到 fast 指针遍历完整个数组。最终 slow 指针的值就是删除特定元素后数组的新长度。

代码:

java 复制代码
//    使用快慢指针删除元素
    public void delete2(int data){
        int slow=0;
        int fast=0;
        while(fast<size){
            if(arr[fast]!=data){
                arr[slow]=arr[fast];
                slow++;
            }
            fast++;
        }
        size=slow;
    }

3.查找算法

1)二分查找法

二分查找适合有序数组,它的核心思想是不断将查找区间缩小一半,以此减少查找范围,从而快速定位目标元素。

算法内容:

1.先设置左右边界,左边界 left 初始化为数组的第一个元素的索引(通常为 0),右边界 right 初始化为数组最后一个元素的索引(即数组长度减 1)。

2.再计算当前查找区间的中间元素的索引 mid,计算公式为 mid = left + (right - left) / 2

3.比较中间元素跟目标元素:若中间元素等于目标元素,表明找到了目标元素,返回中间元素的索引。若中间元素大于目标元素,说明目标元素在左半部分区间,更新右边界 right = mid - 1。若中间元素小于目标元素,说明目标元素在右半部分区间,更新左边界 left = mid + 1

4.重复2、3步,持续缩小查找区间,直到左边界大于右边界,此时表示目标元素不存在于数组中,返回 -1。

代码:

java 复制代码
public int binarySearch(int target) {
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;

        while (left <= right) {
            int mid = (right + left) / 2;

            if (arr[mid] == target) {
                return mid;
            } else if (arr[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }

        return-1;
    }
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