Java 学习笔记—数组 一维数组|多维数组|二分法查找|冒泡排序|Arrays工具类|常见异常

概述

1. 数组：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。

2. 数组的常见概念：
   > 数组名
   > 下标(或索引)
   > 元素
   > 数组的长度：元素的个数

3. 数组的特点：
   1)数组是有序排列的
   2)数组属于引用数据类型的变量。数组的元素，既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型。
   3)创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间
   4)数组的长度一旦确定，就不能修改

4. 数组的分类
   1）按照维数：一维数组，二维数组
   2）按照数组元素的类型：基本数据类型元素的数组、引用数据类型的数组。

一维数组的使用

1. 一维数组的声明和初始化

int num;//声明
num = 10;//初始化
int id = 1001;//声明+初始化

int[] ids;//声明
//1.1 静态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作同时进行
ids = new int[]{
    
    1001,1002,1003,1004};
//1.2 动态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作分开进行
String[] names = new String[5];
//错误的写法：
//int[] arr1 = new int[];

数组一旦初始化完成，其长度就确定了。

2. 如何调用数组的指定位置的元素：通过角标的方式调用。
   数组的角标（或索引）从0开始的，到数组的长度-1结束。

names[0] = "111"

3. 如何获取数组的长度
   //属性：length

System.out.print(names.length);//5

4. 如何遍历数组

for (int i = 0;i < names.length;i++){
    
    
	System.out.print(names[i]);
}

5. 数组元素的默认初始化值
   > 数组元素是整型：0
   > 数组元素是浮点型：0.0
   > 数组元素是char类型：0 或者 ‘\u000’，而非 ‘0’
   > 数组元素是boolean类型：false
   > 数组元素是引用数据类型：null

int[] arr = new int[4];
for (int i = 0;i < arr.length;i++){
    
    
	System.out.print(arr[i]);
}
}

6. 数组的内存解析
   内存的简化结构
   栈(stack)：局部变量
   堆(heap)：new出来的结构：对象、数组
   方法区：常量池 静态域

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集合中的线性图形，那么二维数组就相当于一个表格。

二维数组的使用

1. 二维数组的声明和初始化

//静态初始化
int[][] arr1 = new int[][]{
    
    {
    
    1,2,3},{
    
    4,5},{
    
    6,7,8}};
//动态初始化
String[][] arr2 = new String[3][2];
String[][] arr3 = new String[3][];
//正确
int[] arr4[] = new int[][]{
    
    {
    
    1,2,3},{
    
    4,5},{
    
    6,7,8}};
int[] arr4[] = {
    
    {
    
    1,2,3},{
    
    4,5},{
    
    6,7,8}};

2. 如何调用数组的指定位置的元素：通过角标的方式调用。

System.out.println(arr1[0][2]);

3. 如何获取数组的长度

System.out.println(arr4.length);
System.out.println(arr4[0].length);

4. 如何遍历二维数组

for (int i = 0;i < arr4.length.length;i++){
    
    
	for(int j = 0; j < arr4[i].length;j++){
    
    
		System.out.print(arr4[i][j]+"  ");
	}	
}

5. 数组元素的默认初始化值
   规定：二维数组分为外层数组的元素，内层数组的元素
   int[] arr = new int[4][3]
   外层元素：arr[0],arr[1]
   内层元素：arr[0][0]
   针对于初始化方式一：比如：int[] arr = new int[4][3];
   外层元素的初始化值为：地址值；
   内层元素的初始化值为：与一维数组初始化情况相同

针对于初始化情况二：比如：int[] arr = new int[4][];
外层元素的初始化值为：null；
内层元素的初始化值为：不能调用否则报错

	int[] arr = new int[4][3];
	System.out.println(arr[0]);//地址值
	System.out.println(arr[0][0]);//0
	

6. 内存解析

数据结构：
1、数据与数据之间的逻辑关系：集合，一对一，一对多，多对多
2、数据的存储结构：
线性表：顺序表（比如：数组）、链表、栈、队列
树形结构：二叉树
图形结构
算法：
排序算法
搜索算法

数组的常见算法

1、数组元素的赋值（杨辉三角、回形数等）

杨辉三角例题

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;			
			if (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.println(yangHui[i][j]);			
			}
			System.out.println();	
		}
	}
}

2、求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等

3、数组的复制、反转、查找（线性查找、二分法查找）

String[] arr1 = new String[]{
    
    "JJ","DD","MM","BB","GG","AA"};

//数组的复制
String[] arr1 = new String[arr.length];
for(int i = 0;i < arr1.length;i++){
    
    
	arr1[i] = arr[i];
}

//数组的反转
//方法一
for(int i = 0;i < arr1.length/2;i++){
    
    
	String temp = arr[i];
	arr[i] = arr[arr.length - i - 1];
	arr[arr.length - i -1] = temp;
}

//方法二
for(int i = 0, j = arr.length - 1;i < j ; i++,j++){
    
    
	String temp = arr[i];
	arr[i] = arr[j];
	arr[j] = temp;	
}

//查找（搜索）
//线性查找
String dest = "BB";
boolean isFlag = true;
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
    
    
	if(dest.equals(arr[i])){
    
    
		System.out.println("找到了指定的元素，位置为： "+ i);
		isFlag = false;
		break;
	}
}

if(isFlag = true){
    
    
	System.out.println("很遗憾，没有找到哦！ ");
}

//二分法查找
//前提：所要查找的数组必须有序
int[] arr2 = new int[]{
    
    -98,-34,2,34,54,66,79,105,210,333};

int dest1 = -34;
int head = 0;//初始的首索引
int end = arr2.length - 1;//初始的末索引

while(head <= end){
    
    
	int middle = (head + end)/2;
	boolean isFlag = true;

	if(dest1 == arr2[middle]){
    
    
		System.out.println("找到了指定的元素，位置为： "+ middle);
		isFlag = false;
		break;
	}else if(arr2[middle] > dest1){
    
    
		end = middle - 1;
	}else{
    
    
		head = middle + 1;
	}

if(isFlag = true){
    
    
	System.out.println("很遗憾，没有找到哦！ ");
}
}

4、数组元素的排序算法

排序：假设含有n个记录的序列为{R1,R2,R3,…,Rn},其相应的关键字值满足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。

排序算法的分类：
内部排序：整个排序过程不需要借助于外部存储器，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：
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

算法的五大特征：
输入：有0个或多个输入数据，这些输入必须有清楚地描述和定义。
输出：至少有1个或多个输出结果，不可以没有输出结果。
有穷性：算法在有限的步骤之后会自动结束而不会无限循环，并且每一个步骤可以再可接受的时间内完成。
确定性：算法中的每一步都有确定的含义，不会出现二义性。
可行性：算法的每一步都是清楚且可行的，能让用户用纸笔计算而求出的答案。

冒泡排序

public class BubbleSortTest {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		int[] arr = new int[]{
    
    43,32,76,-98,0,64,33,-21,32,99};		
		//冒泡排序
		for(int i = 0;i < arr.length -1;i++) {
    
    			
			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;
				}
			}
		}		
		for(int i = 0;i <arr.length; i++) {
    
    
			System.out.println(arr[i] + "\t");			
		}		
	}
}

Arrays工具类的使用

方法	作用
boolean equals(int[] a,int[] b)	判断两个数组是否相等
String toString(int[] a)	输出数组信息
void fill(int[] a,int val)	将指定值填充到数组之中
void sort(int[] a)	对数组进行排序
int binarySearch(int[] a,int key)	对排序后的数组进行二分法检索指定的值 如果返回值是负数就是没找到

数组使用中的常见异常

1.数组角标越界的异常：ArrayIndexOutOfBoundException

2.空指针异常：NullPointerException