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Java数据结构和算法(二)——数组

  上篇博客我们简单介绍了数据结构和算法的概念,对此模糊很正常,后面会慢慢通过具体的实例来介绍。本篇博客我们介绍数据结构的鼻祖——数组,可以说数组几乎能表示一切的数据结构,在每一门编程语言中,数组都是重要的数据结构,当然每种语言对数组的实现和处理也不相同,但是本质是都是用来存放数据的的结构,这里我们以Java语言为例,来详细介绍Java语言中数组的用法。

1、Java数组介绍

  在Java中,数组是用来存放同一种数据类型的集合,注意只能存放同一种数据类型。

①、数组的声明

第一种方式:

数据类型 []  数组名称 = new 数据类型[数组长度];

  这里 [] 可以放在数组名称的前面,也可以放在数组名称的后面,我们推荐放在数组名称的前面,这样看上去 数据类型 [] 表示的很明显是一个数组类型,而放在数组名称后面,则不是那么直观。

第二种方式:

数据类型 [] 数组名称 = {数组元素1,数组元素2,......}

  这种方式声明数组的同时直接给定了数组的元素,数组的大小有给定的数组元素个数决定。

//声明数组1,声明一个长度为3,只能存放int类型的数据
int [] myArray = new int[3];
//声明数组2,声明一个数组元素为 1,2,3的int类型数组
int [] myArray2 = {1,2,3};

②、访问数组元素以及给数组元素赋值

  数组是存在下标索引的,通过下标可以获取指定位置的元素,数组小标是从0开始的,也就是说下标0对应的就是数组中第1个元素,可以很方便的对数组中的元素进行存取操作。

  前面数组的声明第二种方式,我们在声明数组的同时,也进行了初始化赋值。

//声明数组,声明一个长度为3,只能存放int类型的数据
int [] myArray = new int[3];
//给myArray第一个元素赋值1
myArray[0] = 1;
//访问myArray的第一个元素
System.out.println(myArray[0]);

  上面的myArray 数组,我们只能赋值三个元素,也就是下标从0到2,如果你访问 myArray[3] ,那么会报数组下标越界异常。

③、数组遍历

数组有个 length 属性,是记录数组的长度的,我们可以利用length属性来遍历数组。

//声明数组2,声明一个数组元素为 1,2,3的int类型数组
int [] myArray2 = {1,2,3};
for(int i = 0 ; i < myArray2.length ; i++){
	System.out.println(myArray2[i]);
}

2、用类封装数组实现数据结构

  上一篇博客我们介绍了一个数据结构必须具有以下基本功能:

①、如何插入一条新的数据项

  ②、如何寻找某一特定的数据项

  ③、如何删除某一特定的数据项

  ④、如何迭代的访问各个数据项,以便进行显示或其他操作

而我们知道了数组的简单用法,现在用类的思想封装一个数组,实现上面的四个基本功能:

  ps:假设操作人是不会添加重复元素的,这里没有考虑重复元素,如果添加重复元素了,后面的查找,删除,修改等操作只会对第一次出现的元素有效。

package com.ys.array;

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;
		}
	}

}

  测试:

package com.ys.test;

import com.ys.array.MyArray;

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();
	}

}

  打印结果为:

 3、分析数组的局限性

  通过上面的代码,我们发现数组是能完成一个数据结构所有的功能的,而且实现起来也不难,那数据既然能完成所有的工作,我们实际应用中为啥不用它来进行所有的数据存储呢?那肯定是有原因呢。

  数组的局限性分析:

  ①、插入快,对于无序数组,上面我们实现的数组就是无序的,即元素没有按照从大到小或者某个特定的顺序排列,只是按照插入的顺序排列。无序数组增加一个元素很简单,只需要在数组末尾添加元素即可,但是有序数组却不一定了,它需要在指定的位置插入。

  ②、查找慢,当然如果根据下标来查找是很快的。但是通常我们都是根据元素值来查找,给定一个元素值,对于无序数组,我们需要从数组第一个元素开始遍历,知道找到那个元素。有序数组通过特定的算法查找的速度会比无需数组快,后面我们会讲各种排序算法。

  ③、删除慢,根据元素值删除,我们要先找到该元素所处的位置,然后将元素后面的值整体向前面移动一个位置。也需要比较多的时间。

  ④、数组一旦创建后,大小就固定了,不能动态扩展数组的元素个数。如果初始化你给一个很大的数组大小,那会白白浪费内存空间,如果给小了,后面数据个数增加了又添加不进去了。

  很显然,数组虽然插入快,但是查找和删除都比较慢,所以我们不会用数组来存储所有的数据,那有没有什么数据结构插入、查找、删除都很快,而且还能动态扩展存储个数大小呢,答案是有的,但是这是建立在很复杂的算法基础上,后面我们也会详细讲解。

4、总结

  本篇博客我们讲解了数组的基本用法,以及用Java语言中的类实现了一个数组的数据结构,但是我们分析该数据结构,发现存在很多性能问题,后面会讲解别的数据结构,看看那些数据结构是如何处理这些问题的。当然在讲解数据结构之前,下篇博客我们会简单的介绍几种常用的排序算法。

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