数据结构与算法(Java)之稀疏数组与队列

Posted 2021-09-08 达少Rising

稀疏数组

package com.weeks.sparsearray;

import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * @author 达少
 * @version 1.0
 * 系数数组和二维数组之间的转换
 */
public class SparseArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] chessArray = new int[11][11];
        chessArray[1][2] = 1;
        chessArray[2][3] = 2;
        chessArray[10][10] = 2;
        for (int i = 0; i < chessArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessArray[i].length; j++) {
                System.out.print(chessArray[i][j] + "\\t");
            }
            System.out.println();
        }

        int[][] sparseArray =  chessArrayToSparseArray(chessArray);

        System.out.println("稀疏数组：");
        for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
            System.out.printf("%d\\t%d\\t%d\\n", sparseArray[i][0],sparseArray[i][1],sparseArray[i][2]);
        }

        System.out.println("从稀疏数组恢复的二维数组：");
        int[][] new_chessArray = sparseArrayToChessArray(sparseArray);

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

        //将系数数组保存到map.data文件
        saveSparseArrayToFile(sparseArray);

        //从map.data读取数据到稀疏数组中
        int[][] new_sparseArray = readFileToSparseArray();

        System.out.println("读取到的稀疏数组：");
        for (int i = 0; i < new_sparseArray.length; i++) {
            System.out.printf("%d\\t%d\\t%d\\n", new_sparseArray[i][0],new_sparseArray[i][1],new_sparseArray[i][2]);
        }
    }

    //将二维数组转换为稀疏数组
    public static int[][] chessArrayToSparseArray(int[][] chessArray){
        if(chessArray == null) {
            return null;
        }
        //获得行数和列数
        int rows = chessArray.length;
        int cols = chessArray[0].length;


        //遍历二维数组获取非零元素的个数
        int notZeros = 0;
        for(int[] row : chessArray){
            for(int col : row){
                if (col != 0){
                    notZeros++;
                }
            }
        }
        //根据rows, cols, notZeros构建稀疏数组
        int[][] sparseArray = new int[notZeros + 1][3];

        //将二维数组的行列数和非零元素个数记录到稀疏数组中的第一行
        sparseArray[0][0] = rows;
        sparseArray[0][1] = cols;
        sparseArray[0][2] = notZeros;

        //再次遍历二维数组将非零元素的行列和值信息记录到稀疏数组中
        int count = 1;//记录下一个数应该填到稀疏数组中哪一行
        for (int i = 0; i < chessArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessArray[i].length; j++) {
                if (chessArray[i][j] != 0){
                    sparseArray[count][0] = i;
                    sparseArray[count][1] = j;
                    sparseArray[count][2] = chessArray[i][j];
                    count++;
                }
            }
        }
        return sparseArray;
    }

    //将系数数组转换为二维数组
    public static int[][] sparseArrayToChessArray(int[][] sparseArray){
        if(sparseArray == null){
            return null;
        }
        //获取二维数组的行和列,元素个数
        int rows = sparseArray[0][0];
        int cols = sparseArray[0][1];

        //构建二维数组
        int[][] chessArray = new int[rows][cols];

        //遍历系数数组，将元素写到二维数组的对应位置
        for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {
            chessArray[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];
        }

        return chessArray;
    }

    //将稀疏矩阵保存到map.data文件中
    public static void saveSparseArrayToFile(int[][] sparseArray){
        BufferedWriter buf = null;
        try {
            buf = new BufferedWriter(new FileWriter("map.data"));
            for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
                buf.write(Arrays.toString(sparseArray[i]));
                buf.newLine();
            }
            buf.flush();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);//抛出运行时异常，方便调用方捕获，进行处理
        } finally {
            try {
                buf.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //从map.data中读取数据到系数数组中
    public static int[][] readFileToSparseArray(){
        BufferedReader buf = null;
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        int[][] sparseArray = null;
        try {
            buf = new BufferedReader(new FileReader("map.data"));
            String line = null;
            while((line = buf.readLine())!= null){
                line = line.substring(1,line.length()-1);
                String[] split = line.split(",");
                for (int i = 0; i < split.length; i++) {
                    list.add(Integer.parseInt(split[i].trim()));
                }
            }
            int rows = list.get(2)+1;
            sparseArray = new int[rows][3];

            for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
                sparseArray[i][0] = list.get(i * 3);
                sparseArray[i][1] = list.get((i * 3) + 1);
                sparseArray[i][2] = list.get((i * 3) + 2);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                buf.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return sparseArray;
    }
}

队列

使用数组实现

非环形队列

package com.weeks.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author 达少
 * @version 1.0
 * 模拟数组作为队列，存在空间不能复用的问题
 */
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while(loop){
            System.out.println("\\n操作菜单说明：\\n" +
                    "1 (put)  向队列添加数据\\n" +
                    "2 (pop)  从队列中取出数据\\n" +
                    "3 (list) 显示队列的所有元素\\n" +
                    "4 (getH) 显示头元素\\n" +
                    "5 (exit) 退出程序\\n");
            System.out.print("请输入你的选择：");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key){
                case '1':
                    System.out.print("请输入一个整数：");
                    int num = scanner.nextInt();
                    queue.put(num);
                    break;
                case '2':
                    try {
                        int popNum = queue.pop();
                        System.out.printf("从队列中取出的数据为：%d", popNum);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case '3':
                    try {
                        queue.listQueue();
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case '4':
                    try {
                        int frontElement = queue.getFrontElement();
                        System.out.println("队列的头部元素是：" + frontElement);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case '5':
                    System.out.println("退出程序~~~");
                    loop = false;
                    scanner.close();
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

class ArrayQueue {
    //定义用数组模拟队列时该有的属性
    private int maxSize;//数组的容量
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//实现队列的数组

    //在构造函数中初始化队列
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.front = -1;//指向队列首元素的前一个位置
        this.rear = -1;//指向队列的最后一个元素
        this.arr = new int[maxSize];
    }

    //判断队列是否为满
    public boolean isFull() {
        //满的条件是rear为arr的最大下标
        return rear == (maxSize - 1);
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        //为空的条件就是rear = front
        return rear == front;
    }

    //添加元素到队列中
    public void put(int element) {
        //先判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列已满，不能添加元素！");
            return;
        }
        //添加元素
        arr[++rear] = element;
    }

    //从队列中取出一个元素
    public int pop() {
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，没有元素可以取出！");
        }
        return arr[++front];
    }

    //遍历显示队列所有元素
    public void listQueue() {
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，不可遍历！");
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\\n", i, arr[i]);
        }
    }

    //返回队列的头部元素,注意不是取出头部元素
    public int getFrontElement() {
        if (isEmpty(数据结构与算法（Java版） | 稀疏数组的应用场景

 数据结构与算法（Java版） | 稀疏数组的应用场景
 数据结构与算法之java语言实现：稀疏数组
 尚硅谷算法与数据结构学习笔记01 -- 稀疏数组和队列
 java数据结构与算法:稀疏数组的讲解运用
 JAVA数据结构与算法之数组与队列