Array-数组-数据结构
数组
概述
把数据码成一排进行存放
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基础讲解
索引
索引可以有语意，也可以没有语意。
简而言之就是：数组当中的数据是否有语意。
比如：数组专门用来存放一类事物数据。一组成绩、一组排名等等。。。
数组优点
查询非常非常快（就是因为索引的存在）
二次封装实现数组类
基本定义array类
public class Array {
private int[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = new int[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
}
添加元素
public class Array {
private int[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = new int[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(int e){
// if(size == data.length)
// throw new IllegalArgumentException("AddLast failed. Array is full.");
//
// data[size] = e;
// size ++;
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(int e){
add(0, e);
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, int e){
if(size == data.length)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Array is full.");
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
}
解读：
// 在哪个位置插入数后，往后的数都要往后移动一位。
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, int e){
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
| 代码 | 功能 |
|---|---|
| int i = size - 1; | 最后一个数的索引开始，往index索引的位置开始计算 |
| i >= index ; | 总共要循环 size-1-index 次 |
| i -- | 每次循环(size-1)-1 |
| data[i + 1] = data[i]; | 每个数都往后挪一位data[size] = data[size-1]; |
| size ++; | 维护size++ |
查询元素和修改元素
public class Array {
private int[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = new int[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(int e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(int e){
add(0, e);
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, int e){
if(size == data.length)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Array is full.");
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 获取index索引位置的元素
public int get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, int e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
}
查询有什么元素：
重写toString方法
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
获取元素和修改元素：
// 获取index索引位置的元素
public int get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, int e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
包含，搜索和删除元素
public class Array {
private int[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = new int[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(int e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(int e){
add(0, e);
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, int e){
if(size == data.length)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Array is full.");
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 获取index索引位置的元素
public int get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, int e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(int e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i] == e)
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(int e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i] == e)
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public int remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
int ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public int removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public int removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(int e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
}
查看是否包含元素：
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(int e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i] == e)
return true;
}
return false;
}
搜索元素：
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(int e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i] == e)
return i;
}
return -1;
}
删除元素：
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public int remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
int ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
return ret;
}
解读：
| 代码 | 功能 |
|---|---|
| int ret = data[index]; | java自带数组取出index的值 |
| int i = index + 1 ;i < size ; | 88到100区间都要往前移动一位 |
| i < size ; | size = 5; |
| i ++ | （index+1）+1 |
| data[i - 1] = data[i]; | index+1的数赋值给index |
| size --; | 循环完以后size-- |
使用泛型
让我们的数据结构可以放置“任何”数据类型
不可以是基本数据类型（8种），只能是类对象。可以放置爆装备。
public class Array<E> {
private E[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = (E[])new Object[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(size == data.length)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Array is full.");
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(E e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(E e){
add(0, e);
}
// 获取index索引位置的元素
public E get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, E e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public E removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public E removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(E e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
}
将原先的只支持int数组改成可支持任何数据类型。
泛型的使用：
| 代码 | 功能 |
|---|---|
| Array | E的名字可以任意取名，规范就用E，element的意思 |
| data[i].equals(e) | 之前是==比较值，因为对象比较用equals |
动态数组
数组容量大小一旦确定不可更改。
可以扩容，是创建一个新的数组，把之前数组的数据循环遍历给新的数组。
指向新的数组
newdata在我们函数执行完成之后就失效了。
public class Array<E> {
private E[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = (E[])new Object[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
if(size == data.length)
resize(2 * data.length);
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(E e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(E e){
add(0, e);
}
// 获取index索引位置的元素
public E get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, E e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if(size == data.length / 2)
resize(data.length / 2);
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public E removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public E removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(E e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
// 将数组空间的容量变成newCapacity大小
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[i];
data = newData;
}
}
解读：
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
if(size == data.length)
resize(2 * data.length);
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if(size == data.length / 2)
resize(data.length / 2);
return ret;
}
// 将数组空间的容量变成newCapacity大小
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[i];
data = newData;
}
| 代码 | 功能 |
|---|---|
| newData[i] = data[i]; | 将data[]里的内容转给newData[] |
| data = newData; | 将data指向newData |
简单的时间复杂度分析
用来分析性能。
想深入理解涉及很多数学中的概念。
算法（函数）和n成线性关系。正比例关系。
忽略常数：
实际时间：T = c1*n + c2
c1、c2都是常数。
c1 ：函数中变量被各种操作的频数，相当于走的路程。
O1 复杂度：在常数时间内直接可以完成的。
同理可得：
总结：
因为resize的存在，动态扩容。所以也是O(n)
resize的复杂度分析
需要扩容（缩容）是因为容量不够（够）了。
从这意义上讲resize的复杂度是O(n)级别的。
但是很多时候是不需要扩容（缩容）的。反而变成了O(1)级别的。
通过以上的理解：最坏的情况不是每次都会出现。所以出现均摊复杂度。
均摊复杂度
最坏的情况不是每次都会出现
是一个好的思想。
但是如果坏的情况频繁出现（照样还是O(n)级别的。）。就会引发复杂度震荡的问题
复杂度震荡
最坏的情况频繁出现
出现的原因：removeLast时resize过于着急（Eager：着急）
解决方案：
使用更加懒惰的一种方式：Lazy
当我们需要缩容的时候，不要让他立刻就缩容。而是等到容器达到4/1（自定义的值）的时候再进行缩容。
代码修改：
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if(size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0)
resize(data.length / 2);
return ret;
}
| 代码 | 功能 |
|---|---|
| if(size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) | 条件限制，防止出现数组缩到0的时候。数组大小不可为0 |
| resize(data.length / 2); | 到达指定值的时候进行缩容 |
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