实际需求
编写的五子棋程序中，有存盘退出和续上盘的功能
五子棋
分析问题:
因为该二维数组的很多值是默认值0, 因此记录了很多没有意义的数据 =>稀疏数组
稀疏数组
基本介绍
当一个数组中大部分元素为０，或者为同一个值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。
稀疏数组的处理方法是:
记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
把具有不同值的元素的行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模
举例说明
原始数组
稀疏数组
应用实例
1.使用稀疏数组，来保留类似前面的二维数组(棋盘、地图等等)
2.把稀疏数组存盘，并且可以从新恢复原来的二维数组数
3.整体思路分析
思路分析
流程分析
二维数组 转 稀疏数组的思路
- 遍历 原始的二维数组，得到有效数据的个数 sum
- 根据sum 就可以创建 稀疏数组 sparseArr int[sum + 1] [3]
- 将二维数组的有效数据数据存入到 稀疏数组
稀疏数组转原始的二维数组的思路
- 先读取稀疏数组的第一行，根据第一行的数据，创建原始的二维数组，比如上面的 chessArr2 = int [11][11]
- 在读取稀疏数组后几行的数据，并赋给 原始的二维数组 即可.
4.代码实现
package cn.icanci.algorithm.sparsearray;
import java.util.Arrays;
import java.io.*;
/**
* @Author: icanci
* @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure
* @PackageName: cn.icanci.algorithm.sparsearray
* @Date: Created in 2020/2/28 9:57
* @ClassAction: 稀疏数组
*/
public class SparseArray {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个原始的二维数组 11*11
// 0:表示没有棋子 1:表示是黑子 2:表示是白子
int chaessArr1[][] = new int[11][11];
chaessArr1[1][2] = 1;
chaessArr1[2][4] = 2;
chaessArr1[4][8] = 2;
chaessArr1[5][2] = 2;
//输出二位数组
for (int i = 0; i < chaessArr1.length; i++) {
for (int j = 0; j < chaessArr1[0].length; j++) {
System.out.print(chaessArr1[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
System.out.println("二维数组转换为 稀疏数组");
//转换为 稀疏数组
//1.遍历二维数组 得到行数和列数 得到非零的个数
int count = 0;
for (int i = 0; i < chaessArr1.length; i++) {
for (int j = 0; j < chaessArr1[0].length; j++) {
if (chaessArr1[i][j] != 0) {
count++;
}
}
}
//创建稀疏数组
int rows = chaessArr1.length;
int cols = chaessArr1[0].length;
int[][] sparseArr = new int[count + 1][3];
sparseArr[0][0] = rows;
sparseArr[0][1] = cols;
sparseArr[0][2] = count;
//为稀疏数组赋值
int num = 0;
for (int i = 0; i < chaessArr1.length; i++) {
for (int j = 0; j < chaessArr1[0].length; j++) {
if (chaessArr1[i][j] != 0) {
num++;
sparseArr[num][0] = i;
sparseArr[num][1] = j;
sparseArr[num][2] = chaessArr1[i][j];
}
}
}
//打印系数数组
for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) {
for (int j = 0; j < sparseArr[0].length; j++) {
System.out.print(sparseArr[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
//把系数数组转换为二维数组
System.out.println("把系数数组转换为二维数组");
//创建 二维数组
int[][] chaessArr2 = new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];
for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++) {
chaessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]] = sparseArr[i][2];
}
//输出二位数组
for (int i = 0; i < chaessArr2.length; i++) {
for (int j = 0; j < chaessArr2[0].length; j++) {
System.out.print(chaessArr2[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
FileOutputStream fos = null;
FileInputStream fis = null;
try {
fos = new FileOutputStream("data.bin");
for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) {
for (int j = 0; j < sparseArr[0].length; j++) {
fos.write(sparseArr[i][j]);
}
}
fis = new FileInputStream("data.bin");
int len = 0;
StringBuilder sb = new StringBuilder(16);
while ((len = fis.read()) != -1) {
sb.append(len+" ");
}
//然后这里可以把字符串转换为数组 就变成系数数组了
System.out.println(sb.toString());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
fos.close();
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
队列
银行排队的案例
银行排队的案例
队列的介绍
是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出
示意图：(使用数组模拟队列示意图)
队列
数组模拟队列
队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图, 其中 maxSize 是该队列的最大容量。
因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear则是随着数据输入而改变，如图所示:
数组模拟队列
当我们将数据存入队列时称为”addQueue”，addQueue 的处理需要有两个步骤：思路分析
将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear 【空】
若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1，则将数据存入 rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。 rear == maxSize - 1[队列满]
代码实现
数组模拟队列
出队列操作getQueue
显示队列的情况showQueue
查看队列头元素headQueue
退出系统exit
package cn.icanci.datastructure.queue;
import javax.swing.text.html.CSS;
import java.util.Scanner;
/**
* @Author: icanci
* @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure
* @PackageName: cn.icanci.datastructure.queue
* @Date: Created in 2020/2/28 12:09
* @ClassAction: 实用数组模拟队列
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建队列对象
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(5);
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
while (loop) {
System.out.println("s(Show):显示队列");
System.out.println("e(Exit):退出");
System.out.println("a(Add):添加数据到队列");
System.out.println("g(Get):从队列取出数据");
System.out.println("h(Head):查看头部数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'e':
loop = false;
scanner.close();
break;
case 'a':
System.out.print("请输入你要保存的值:");
int num = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(num);
break;
case 'g':
System.out.println(arrayQueue.getQueue());
break;
case 'h':
arrayQueue.showQueueFront();
break;
default:
System.out.println("你的输入有误");
break;
}
}
}
}
/**
* 实用数组模拟队列 编写一个ArrayQueue的类
*/
class ArrayQueue {
//数组的最大容量
private int maxSize;
//队列头部
private int front;
//队列尾部
private int rear;
//模拟队列的数组
private int[] arr;
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
//队列头 前一个位置
front = -1;
//队列尾 就是尾部(包含)
rear = -1;
}
//判断队列是不是满了
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
//判断队列是不是已经满了
if (this.isFull()) {
System.out.println("队列已经满了,不能再加入");
} else {
rear++;
arr[rear] = n;
}
}
//获取数据
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (this.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空,不能取出数据");
} else {
front++;
return arr[front];
}
}
//显示数据所有的数据
public void showQueue() {
//遍历
if (this.isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
} else {
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println("arr[" + i + "]:" + arr[i]);
}
}
}
//显示队列头数据
public void showQueueFront() {
if (this.isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
} else {
System.out.println(arr[front + 1]);
}
}
}
问题分析并优化
数组只能使用 而且数组还是有数据的 没有达到复用的效果
解决方案:将这个数组使用算法,改进成一个环形的队列 取模 %
使用数组模拟环形队列的思路分析
思路如下:
- front 变量的含义做一个调整： front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素 front 的初始值 = 0
- rear 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定.rear 的初始值 = 0
- 当队列满时，条件是 (rear + 1) % maxSize == front 【满】
- 对队列为空的条件， rear == front 空
- 当这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize // rear = 1 front = 0
就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列
思路分析
代码实现
package cn.icanci.datastructure.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* @Author: icanci
* @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure
* @PackageName: cn.icanci.datastructure.queue
* @Date: Created in 2020/2/28 12:09
* @ClassAction: 实用数组模拟环形队列
*/
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建队列对象
//设置为5 最大为4
CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(5);
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
while (loop) {
System.out.println("s(Show):显示队列");
System.out.println("e(Exit):退出");
System.out.println("a(Add):添加数据到队列");
System.out.println("g(Get):从队列取出数据");
System.out.println("h(Head):查看头部数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'e':
loop = false;
scanner.close();
break;
case 'a':
System.out.print("请输入你要保存的值:");
int num = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(num);
break;
case 'g':
System.out.println(arrayQueue.getQueue());
break;
case 'h':
arrayQueue.showQueueFront();
break;
default:
System.out.println("你的输入有误");
break;
}
}
}
}
/**
* 实用数组模拟队列 编写一个ArrayQueue的类
*/
class CircleArrayQueue {
//数组的最大容量
private int maxSize;
//队列头部
//front 变量的含义做一个调整： front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素
private int front;
//队列尾部
//rear 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定.
private int rear;
//模拟队列的数组
private int[] arr;
//创建队列的构造器
public CircleArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
//队列头 前一个位置
front = 0;
//队列尾 就是尾部(包含)
rear = 0;
}
//判断队列是不是满了
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
//判断队列是不是已经满了
if (this.isFull()) {
System.out.println("队列已经满了,不能再加入");
} else {
//直接放到数据
arr[rear] = n;
//把 rear 后移 这里必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
}
//获取数据
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (this.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空,不能取出数据");
} else {
//这里需要分析front是指向队列的第一个元素
//1.先把front对应的值保留到一个临时变量
//2.front后移考虑取模
//将保存的数据返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
}
//显示数据所有的数据
public void showQueue() {
//遍历
if (this.isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
} else {
//思路 从 front进行遍历 遍历多少个元素
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.println("arr[" + i % maxSize + "]:" + arr[i % maxSize]);
}
}
}
//求出当前队列的有效数据
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列头数据
public void showQueueFront() {
if (this.isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
} else {
System.out.println(arr[front]);
}
}
}
