结构与算法-----数组

Posted 2021-01-03 jkqiang

     数组——数据结构的鼻祖，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(Object类型数组除外)。

　　1.1、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];

 

　　第二种方式：

 

     数据类型 []    数组名称 =  { 数组元素1，数组元素2，数组元素3...... }

 

　　这种方式声明数组的同时直接给定了数组的元素，数组的大小由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

　　        组是存在下标索引的，我们通过下标可以获取指定位置的元素，数组下标从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。

　　采用如上第二种方式，来声明一个数组，那么我们在声明数组的同时，也对数组进行了初始化赋值。

        //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

　　我们知道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

　　至此，我们已经了解了数组的简单用法，那么我们现在用类的思想封装一个数组，实现如上的四个基本功能：

　　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。

       

public class MyArray {

    private int[] intArray; // 定义一个数组
    private int elems;      // 定义数组的实际有效长度
    private int length;     // 定义数组的最大长度

    // 默认构造一个长度（最大長度）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：

public class Test {
    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

　　通过上面代码，我们发现数组能完成一个数据结构的所有功能，并且实现起来也不难，数组既然能完成所有工作，那么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。

　　3.1、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。无序数组新增一个元素很简单，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，直到找到那个元素。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。若初始化时你给一个很大的数组大小，就会白白浪费内存空间，若给小了，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，而且扩展性差，所以我们一般不会用数组来存储数据，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。