Java数据结构和算法系列2--数组

1.介绍

Java最常用的数据结构就是数组了，Java中得数组有2种数据类型：基本类型（如int，long）和对象类型。在许多编程语言中数组是基本类型，但在Java中把它们当做对象来对待，因此在创建数组时必须使用new操作符：

int[] intArray = new int[100];

[]操作符对编译器来说是一个标志，它说明正在命名的是数组对象而不是普通变量，当然数组变量还可以这么写，就是将它放在变量名的后面：

int intArray[] = new int[100];

在内存中，数组变量名称，只是它的引用（地址），并不是数组本身。

2.数组结构

3.数组操作

3.1 创建数组

前面已经介绍过

int[] intArray = new int[100];

3.2 初始化

创建数组后，如果不另行指定，那么数组会自动初始化为空（特殊的null对象），如果此时尝试访问一个含有null的数组数据项，程序会出现NullPointer的运行时异常。使用下面语法可以对一个基本类型的数组初始化：

int[] intArray = {0,12,31,9,15,2,99};

上面语句就更简单，创建一个数组对象并且对其初始化。

3.3 例子

下面通过一段代码，演示数组的基本操作，包括创建，初始化，添加，查找，删除。

/**
*
*/
package com.tngtech.array;

/**
* 数组基本操作
*
* @author tngtech
* @date 2015年12月27日
*       <p>
*       博客:http://blog.csdn.net/jacman
*       <p>
*       Github:https://github.com/tangthis
*
*/
public class MyArray {
private long[] arry;
private int length;// 数组长度

public MyArray(int max) {
arry = new long[max];
length = 0;
}

public boolean find(long searchKey) {
for (int i = 0; i < length; i++) {
if (arry[i] == searchKey) {
return true;
}
}
return false;
}

public void insert(long value) {
arry[length] = value;
length++;
}

public boolean delete(long value) {
int j;
for (j = 0; j < length; j++) {
if (arry[j] == value) {
break;
}
}

if (j == length) {
return false; // 没有找到数据项
}

// 删除对应数据项，并且将后面元素从被删除的元素位置重新计算
for (int k = j; k < length; k++) {
arry[k] = arry[k + 1];
}

length--;
return true;
}

public void display() {
for (int i = 0; i < length; i++) {
System.out.print(arry[i] + " ");
}
System.out.println();
}

public static void main(String[] args) {
MyArray myArray = new MyArray(100);
//在数据中插入10个元素
myArray.insert(66);
myArray.insert(99);
myArray.insert(22);
myArray.insert(55);
myArray.insert(77);
myArray.insert(44);
myArray.insert(11);
myArray.insert(0);
myArray.insert(33);
myArray.insert(88);

myArray.display();

long searchKey = 33;
if(myArray.find(searchKey)){
System.out.println("找到了" + searchKey);
}else{
System.out.println("没有找到"+searchKey);
}

//删除2个元素
myArray.delete(0);
myArray.delete(22);
myArray.display();
}
}

4.有序数组

4.1 概念

假设一个数组，其中元素都是按照关键字升序或者降序排列，这种数组称为有序数组。

当向这种数组插入数据项时，需要为插入操作找到正确的位置，刚好在稍小值后面，稍大值前面，然后将数据项大的值向后移，以腾出空间。

为什么要按照顺序排列呢？好处之一就是可以通过二分查找显著提高查找速度。

在有序数组假设数据项不重复，就刚才的逻辑得出结论，它的查找速度提高了，但是插入操作速度降低了。

4.2 线性查找和二分查找

4.2.1 线性查找

正如刚才3.3例子所示，线性查找和未排序的数组查找操作相似，依次向后，寻找匹配。在有序数组中，有些不同，当查到一个比待查数据大的值时就退出查找。

4.3.2 二分查找

假设一个数组从1到100，那么二分查找法，就会从中间数字50来比较待查数字的范围，如果小于50，那么就从1-50范围的中间数字来查找即25，如果小于25，那么就从1-25的中间数字来查找即12（整除）；反之，如果查找大于50，那么就从50-100中间数组来找到即75，依次类推，直到查到待查数据就退出。

所以二分查找法，就是将有可能的值划分为2部分，最后范围缩小到一个数字那么大，就是待查找的值了。

下面，我们看下二分查找法的例子：

/**
* 二分查找法
*
* @param value
* @return
*/
public int halfFind(long searchKey){
int lowerBound = 0;
int upperBound = length - 1;

int curBound;
while(true){
curBound = (lowerBound + upperBound) / 2;
if(arry[curBound] == searchKey){
return curBound;
}else if(lowerBound > upperBound){
return length; //用length表示找不到的位置
}else{
if(arry[curBound] < searchKey){
lowerBound = curBound + 1;
}else{
upperBound = curBound - 1;
}
}
}
}

下面我们来测试下二分查找法，代码如下：

//有序数组操作，二分查找法
public static void sortArrayOper(){
MyArray myArray = new MyArray(100);
for(long i = 1 ; i <= 100; i++){
myArray.insert(i);
}
long searchKey = 90;
int index = myArray.halfFind(searchKey);
if(index != myArray.length){
System.out.println("二分查找法，找到了"+searchKey+",位置："+index);
}else{
System.out.println("二分查找法，没有找到了"+searchKey);
}
}
public static void main(String[] args) {
//myArryOper();

sortArrayOper();
}

程序跑起来，输出结果为：二分查找法，找到了90，位置：89

所以，有序数组可以使用二分查找法，来提高查找的速度。

Github源码：https://github.com/tangthis/java-data