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Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之稀疏數(shù)組與隊(duì)列深入理解

 更新時(shí)間:2021年09月13日 09:52:16   作者:威斯布魯克.猩猩  
這篇文章主要介紹了Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之稀疏數(shù)組與隊(duì)列深入理解,本文給大家介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下

之前學(xué)完了Java SE的知識(shí),掌握了面向?qū)ο蟮木幊趟枷?,但?duì)集合、多線程、反射、流的使用等內(nèi)容理解的還不是很深入,打算再學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的同時(shí),在空閑的時(shí)間里去圖書館看《Java核心技術(shù) 卷 I》這本書,很多大佬對(duì)這本書很推崇,之前在圖書館也看過(guò)其他Java的書籍,經(jīng)過(guò)對(duì)比,這本書確實(shí)寫的很有內(nèi)涵;之后也會(huì)把看書過(guò)程中的收獲寫出來(lái)分享給大家,同時(shí),連續(xù)的更新博客也是對(duì)自己學(xué)習(xí)的督促。終極目標(biāo):超越大我兩級(jí)的學(xué)長(zhǎng),拿到大廠sp,年薪40w+!?。?/p>

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法簡(jiǎn)介

二、稀疏數(shù)組

稀疏數(shù)組的應(yīng)用實(shí)例

1) 稀疏數(shù)組,來(lái)保留類似前面的二維數(shù)組(棋盤、地圖等等)

2) 把稀疏數(shù)組存盤,并且可以從新恢復(fù)原來(lái)的二維數(shù)組數(shù)據(jù)

二維數(shù)組與稀疏數(shù)組的轉(zhuǎn)換

二維數(shù)組 轉(zhuǎn) 稀疏數(shù)組的思路

1.遍歷原始的二維數(shù)組,得到有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) sum

2.根據(jù)sum就可以創(chuàng)建稀疏數(shù)組 sparseArr int[sum + 1][3]

3.將二維數(shù)組的有效數(shù)據(jù)存入到稀疏數(shù)組

稀疏數(shù)組 轉(zhuǎn) 原始的二維數(shù)組的思路

1.先讀取稀疏數(shù)組的第一行,根據(jù)第一行的數(shù)據(jù),創(chuàng)建原始的二維數(shù)組,比如上面的 chessArr2 = int[11][11]

2.在讀取稀疏數(shù)組后幾行的數(shù)據(jù),并賦給原始的二維數(shù)組即可。

public class SparseArray {
	public static void main(String[] args) {
		// 創(chuàng)建一個(gè)原始的二維數(shù)組11 * 11
		// 0:表示沒有棋子,1表示黑子 2表示藍(lán)子
		int chessArr1[][] = new int[11][11];
		chessArr1[1][2] = 1;
		chessArr1[2][3] = 2;
		// 新加的棋子;只需在這加就可以
		chessArr1[4][5] = 6;
		// 輸出原始的二維數(shù)組
		System.out.println("原始的二維數(shù)組~~");
		for (int[] row : chessArr1) {
			for (int data : row) {
				System.out.printf("%d\t", data);
			}
			System.out.println();
		}
		// 將二維數(shù)組 轉(zhuǎn) 稀疏數(shù)組的思路
		// 1.先遍歷二維數(shù)組 得到非0數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
		int sum = 0;
		for (int i = 0; i < 11; i++) {
			for (int j = 0; j < 11; j++) {
				if (chessArr1[i][j] != 0) {
					sum++;
				}
			}
		}
		// 2.創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的稀疏數(shù)組
		int sparseArr[][] = new int[sum + 1][3];
		// 給稀疏數(shù)組賦值
		sparseArr[0][0] = 11;
		sparseArr[0][1] = 11;
		sparseArr[0][2] = sum;
		// 遍歷二維數(shù)組,將非0的值存放到sparseArr中
		int count = 0;// count 用于記錄是第幾個(gè)非0數(shù)據(jù)
		for (int i = 0; i < 11; i++) {
			for (int j = 0; j < 11; j++) {
				if (chessArr1[i][j] != 0) {
					count++;
					sparseArr[count][0] = i;
					sparseArr[count][1] = j;
					sparseArr[count][2] = chessArr1[i][j];
				}
			}
		}
		// 輸出稀疏數(shù)組的形式
		System.out.println();
		System.out.println("得到稀疏數(shù)組為~~~~");
		for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) {
			System.out.printf("%d\t%d\t%d\t\n", sparseArr[i][0], sparseArr[i][1], sparseArr[i][2]);
		}
		// 將稀疏數(shù)組-->>恢復(fù)成原始的二維數(shù)組
		// 1.先讀取稀疏數(shù)組的第一行,根據(jù)第一行的數(shù)據(jù),創(chuàng)建原始的二維數(shù)組
		int chessArr2[][] = new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];
		// 2.在讀取稀疏數(shù)組后幾行的數(shù)據(jù)(從第二行開始),并賦給原始的二維數(shù)組即可
		for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++) {
			chessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]] = sparseArr[i][2];
		}
		// 輸出恢復(fù)后的二維數(shù)組
		System.out.println();
		System.out.println("恢復(fù)后的二維數(shù)組");
		for (int[] row : chessArr2) {
			for (int data : row) {
				System.out.printf("%d\t", data);
			}
			System.out.println();
		}
	}
}

三、隊(duì)列

數(shù)組模擬隊(duì)列

public class ArrayQueueDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//測(cè)試一把
		//創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列
		ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
		char key = ' ';//接收用戶輸入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		boolean loop = true;
		//輸出一個(gè)菜單
		while(loop) {
			System.out.println("s(show): 顯示隊(duì)列");
			System.out.println("e(exit): 退出程序");
			System.out.println("a(add): 添加數(shù)據(jù)到隊(duì)列");
			System.out.println("g(get): 從隊(duì)列取出數(shù)據(jù)");
			System.out.println("h(head): 查看隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)");
			key = scanner.next().charAt(0);//接收一個(gè)字符
			switch(key) {
			case 's':
				queue.showQueue();
				break;
			case 'a':
				System.out.println("輸出一個(gè)數(shù)");
				int value = scanner.nextInt();
				queue.addQueue(value);
				break;
			case 'g'://取出數(shù)據(jù)
				try {
					int res = queue.getQueue();
					System.out.printf("去除的數(shù)據(jù)是%d\n",res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'h'://查看隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)
				try {
					int res = queue.headQueue();
					System.out.printf("隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)是%d\n",res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'e'://退出
				scanner.close();
				loop = false;
				default:
					break;
			}
		}
		System.out.println("程序退出~~");
	}
}
//使用數(shù)組模擬隊(duì)列-編寫一個(gè)ArrayQueue類
class ArrayQueue {
	private int maxSize;// 表示數(shù)組的最大容量
	private int front;// 隊(duì)列頭
	private int rear;// 隊(duì)列尾
	private int[] arr;// 該數(shù)據(jù)用于存放數(shù)據(jù),模擬隊(duì)列
	// 創(chuàng)建隊(duì)列的構(gòu)造器
 
	public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
		front = -1;// 指向隊(duì)列頭部,分析出front是指向隊(duì)列頭的前一個(gè)位置。
		rear = -1;// 指向隊(duì)列尾,指向隊(duì)列尾的數(shù)據(jù)(即就是隊(duì)列的最后一個(gè)數(shù)據(jù))
	}
	// 判斷隊(duì)列是否滿
	public boolean isFull() {
		return rear == maxSize - 1;
	}
	// 判斷隊(duì)列是否為空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}
	// 添加數(shù)據(jù)到隊(duì)列
	public void addQueue(int n) {
		// 判斷隊(duì)列是否滿
		if (isFull()) {
			System.out.println("隊(duì)列滿,不能加入數(shù)據(jù)~~");
			return;
		}
		rear++;// 讓rear 后移
		arr[rear] = n;
	}
	// 獲取隊(duì)列的數(shù)據(jù),出隊(duì)列
	public int getQueue() {
		// 判斷隊(duì)列是否空
		if (isEmpty()) {
			// 通過(guò)拋出異常
			throw new RuntimeException("隊(duì)列空,不能取數(shù)據(jù)");
		}
		front++;// front后移
		return arr[front];
	}
	// 顯示隊(duì)列的所有數(shù)據(jù)
	public void showQueue() {
		// 遍歷
		if (isEmpty()) {
			System.out.println("隊(duì)列空的,沒有數(shù)據(jù)~~");
			return;
		}
		for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
		}
	}
	//顯示隊(duì)列的頭數(shù)據(jù),注意不是取出數(shù)據(jù)
	public int headQueue() {
		//判斷
		if(isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("隊(duì)列空的,沒有數(shù)據(jù)~~");
		}
		return arr[front + 1];
	}
}

上述代碼問(wèn)題分析:

1)目前數(shù)組使用一次就不能用,沒有達(dá)到復(fù)用的效果

2)將這個(gè)數(shù)組使用算法,改進(jìn)成一個(gè)環(huán)形的隊(duì)列(使用到了取模:%相關(guān)的算法)

代碼優(yōu)化:數(shù)組模擬環(huán)形隊(duì)列

思路如下:

1.front變量的含義做一個(gè)調(diào)整:front就指向隊(duì)列的第一個(gè)元素,也就是說(shuō)arr[front]就是隊(duì)列的第一個(gè)元素front的初始值 = 0

2.rear變量的含義做一個(gè)調(diào)整:rear指向隊(duì)列的最后一個(gè)元素的后一個(gè)位置。因?yàn)橄M粘鲆粋€(gè)空間做為約定。rear的初始值 = 0

3.當(dāng)隊(duì)列滿時(shí),條件是[rear + 1] % maxSize == front【滿】

4.對(duì)隊(duì)列為空的條件,rear == front空

5.當(dāng)我們這樣分析,隊(duì)列中有效的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù):(rear + maxSize - front) % maxSize

6.我們就可以在原來(lái)的隊(duì)列上修改得到,一個(gè)環(huán)形隊(duì)列

public class CircleArrayQueueDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// 測(cè)試
		System.out.println("測(cè)試數(shù)組模擬環(huán)形隊(duì)列的案例~~");
		// 創(chuàng)建一個(gè)環(huán)形隊(duì)列
		CircleArray queue = new CircleArray(4);// 說(shuō)明設(shè)置4,其隊(duì)列的有效數(shù)據(jù)最大是3
		char key = ' ';// 接收用戶輸入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		boolean loop = true;
		// 輸出一個(gè)菜單
		while (loop) {
			System.out.println("s(show): 顯示隊(duì)列");
			System.out.println("e(exit): 退出程序");
			System.out.println("a(add): 添加數(shù)據(jù)到隊(duì)列");
			System.out.println("g(get): 從隊(duì)列取出數(shù)據(jù)");
			System.out.println("h(head): 查看隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)");
			key = scanner.next().charAt(0);// 接收一個(gè)字符
			switch (key) {
			case 's':
				queue.showQueue();
				break;
			case 'a':
				System.out.println("輸出一個(gè)數(shù)");
				int value = scanner.nextInt();
				queue.addQueue(value);
				break;
			case 'g':// 取出數(shù)據(jù)
				try {
					int res = queue.getQueue();
					System.out.printf("去除的數(shù)據(jù)是%d\n", res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'h':// 查看隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)
				try {
					int res = queue.headQueue();
					System.out.printf("隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)是%d\n", res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'e':// 退出
				scanner.close();
				loop = false;
			default:
				break;
			}
		}
		System.out.println("程序退出~~");
	}
}
class CircleArray {
	private int maxSize;// 表示數(shù)組的最大容量
	// front的變量的含義做一個(gè)調(diào)整:front就指向隊(duì)列的第一個(gè)元素,也就是說(shuō)arr[front]就是隊(duì)列的第一個(gè)元素
	// front的初始值=0
	private int front;
	// rear變量的含義做一個(gè)調(diào)整:rear指向隊(duì)列的最后一個(gè)元素的后一個(gè)位置.因?yàn)橄M粘鲆粋€(gè)空間作為約定。
	// rear的初始值=0
	private int rear;
	private int[] arr;// 該數(shù)據(jù)用于存放數(shù)據(jù),模擬隊(duì)列
 
	public CircleArray(int arrMaxSize) {
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
	}
	// 判斷隊(duì)列是否滿
	public boolean isFull() {
		return (rear + 1) % maxSize == front;
	}
	// 判斷隊(duì)列是否為空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}
	// 添加數(shù)據(jù)到隊(duì)列
	public void addQueue(int n) {
		// 判斷隊(duì)列是否滿
		if (isFull()) {
			System.out.println("隊(duì)列滿,不能加入數(shù)據(jù)~~");
			return;
		}
		// 直接將數(shù)據(jù)加入
		arr[rear] = n;
		// 將rear后移,這里必須考慮取模
		rear = (rear + 1) % maxSize;// 這里還有點(diǎn)沒理解
	}
	// 獲取隊(duì)列的數(shù)據(jù),出隊(duì)列
	public int getQueue() {// 這里也沒理解明白
		// 判斷隊(duì)列是否空
		if (isEmpty()) {
			// 通過(guò)異常拋出
			throw new RuntimeException("隊(duì)列空,不能取數(shù)據(jù)");
		}
		// 這里需要分析出front時(shí)指向隊(duì)列的第一個(gè)元素
		// 1.先把front對(duì)應(yīng)的只保留到一個(gè)臨時(shí)變量
		// 2.將front后移,考慮取模
		// 3.將臨時(shí)保存的變量返回
		int value = arr[front];
		front = (front + 1) % maxSize;
		return value;
	}
	// 顯示隊(duì)列的所有數(shù)據(jù)
	public void showQueue() {
		// 遍歷
		if (isEmpty()) {
			System.out.println("隊(duì)列空的,沒有數(shù)據(jù)~~");
			return;
		}
		// 思路:從front開始遍歷,遍歷多少個(gè)元素
		// 動(dòng)腦筋
		for (int i = front; i < front + size(); i++) {
			System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
		}
	}
	// 求出當(dāng)前隊(duì)列有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
	public int size() {
		return (rear + maxSize - front) % maxSize;
	}
	// 顯示隊(duì)列的頭數(shù)據(jù),注意不是取出數(shù)據(jù)
	public int headQueue() {
		// 判斷
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("隊(duì)列空的,沒有數(shù)據(jù)~~");
		}
		return arr[front];
	}
}

以上就是Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之稀疏數(shù)組與隊(duì)列深入理解的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java稀疏數(shù)組與隊(duì)列的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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