稀疏数组

Java架构师必看

发布于 2021-04-30 15:49:07

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稀疏数组

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一、稀疏数组的定义

稀疏（sparsearray）数组：可以看做是普通数组的压缩，但是这里说的普通数组是值无效数据量远大于有效数据量的数组。

稀疏数组的应用场景：五子棋程序，有存盘退出和续上盘的功能，将五子棋盘转化成二维数组如下所示： 分析上述问题：因为该二维数组默认的地方值为0，因此记录了很多没有意义的数据。当遇到此种情况时，可以使用稀疏数组。

当一个数组中大部分元素为0，或者为同一个值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。稀疏数组的处理方法是： ■ 数组的第一行用于记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值。 ■ 把具有不同值的元素的行列记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模。

二、应用实例

我们将下图所示的棋盘使用稀疏数组进行存盘退出操作：

【1】将上面类似的二位数组棋盘保存到稀疏数组中，并存放至外部备份文件 sparsearray.text 中：稀疏数组可以简单的看作为是压缩，在开发中也会使用到。比如将数据序列化到磁盘上，减少数据量，在 IO 传输过程中提高效率等等。为什么要进行压缩：因为稀疏矩阵中存在大量的默认值，占据了大量的存储空间，而真正有用的数据却少之又少；且在计算时浪费资源，所以要进行压缩存储以节省存储空间和计算方便。

/**
 * 将棋盘转化为稀疏数组并备份与外部设配
 */
public class Sparsearray {
    //定义一个二维数组
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //定义成int类型的二维数组，默认值就为0;
        int[][] intArr = new int[11][11];
        //根据棋盘中显示，存在一个黑子，我们用1表示，蓝子有2表示
        intArr[1][2]=1;
        intArr[2][3]=2;

        /*  上述二维数组输出的矩阵图如下所示
        0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    1    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    2    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
         */
        for (int i=0;i<intArr.length;i++){
            for(int j=0;j<intArr.length;j++){
                System.out.print("\t"+intArr[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }

        //将上面的二位数组，压缩成稀疏数组
        int sum = 0; //不为零的个数
        for(int[] row: intArr){
            for(int data : row){
                if(data != 0){
                    sum++;
                }
            }
        }
        //创建一个稀疏数组, sum+1:表示第一行 + 不为零的值，第一行用于存放（行列值：3列数据）
        int[][] sparseArray = new int[sum+1][3];
        sparseArray[0][0] = intArr.length;
        sparseArray[0][1] = intArr[0].length;
        sparseArray[0][2] = sum;

        //创建一个变量，用于存放稀疏的行数
        int num = 0;
        //将原数组中不为零的值 存放到 稀疏数组中
        for (int i=0;i<intArr.length;i++){
            for(int j=0;j<intArr.length;j++){
                if(intArr[i][j] != 0){
                    ++num;
                    sparseArray[num][0]=i;
                    sparseArray[num][1]=j;
                    sparseArray[num][2]=intArr[i][j];
                }
            }
        }

        /*  稀疏数组输出的矩阵图如下所示:
    11    11    2
    1    2    1
    2    3    2
         */
        System.out.println("====分隔符====");
        //文件输出
        FileOutputStream file = new FileOutputStream("sparsearray.text");
        for(int[] row: sparseArray){
            for(int data : row){
                System.out.print("\t"+data);
                file.write(String.valueOf(data+" ").getBytes());
            }
            System.out.println();
            file.write("\n".getBytes());
        }
        file.flush();
    }
}

【2】稀疏数组输出的 sparsearray.text 内容如下：

【3】将稀疏数组文件中的内容恢复至传统的二维数组棋盘；

/**
 * 将稀疏数组文件中的内容恢复至传统的二维数组棋盘
 */
public class SparseArrayClass {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //读取  sparsearray.text  中的内容
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("sparsearray.text");
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(fileInputStream);
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
        //读取文件中的内容  先读取第一行的数据
        String s1 = bufferedReader.readLine();
        //判断文件第一行是否有值，如果有值则获取，并创建棋盘数组
        if(s1 != null){
            String[] split = s1.split(" ");
            int[][] sparsearray = new int[Integer.valueOf(split[0])][Integer.valueOf(split[1])];
            //有多少个稀疏值，则遍历获取多少行
            for(int i=1;i<=Integer.valueOf(split[2]);i++){
                String line = bufferedReader.readLine();
                //获取到的散列数组的1-n 行数据，将其赋值到棋盘数组中
                String[] sparse = line.split(" ");
                sparsearray[Integer.valueOf(sparse[0])][Integer.valueOf(sparse[1])]=Integer.valueOf(sparse[2]);
            }

            /*  将稀疏数组转化为棋盘数组如下：
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    1    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    2    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
                0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0
             */
            for (int[] i: sparsearray){
                for (int j:i){
                    System.out.print("\t"+j);
                }
                System.out.println();
            }
        }
    }
}

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