1. 稀疏 sparsearray 数组
1.1. 看一个实际的需求
-
编写编写的五子棋程序中，有存盘退出和续上盘的功能。
- 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。
1.2. 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:
1. 记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
2. 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
-
稀疏数组举例说明
1.3. 应用实例
- 使用稀疏数组，来保留类似前面的二维数组(棋盘、地图等等)
- 把稀疏数组存盘，并且可以从新恢复原来的二维数组数
-
整体思路分析
- 代码实现
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 五子棋
* 将二维数组转换成稀疏数组并存入文件
* 从文件中读取，将其还原成稀疏数组，再还原成二维数组
*/
public class sparseArray {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//创建棋盘：二维数组
//0.定义一个11*11的棋盘
int[][] chessArr1 = new int[11][11];
//1.填充数字
chessArr1[2][3] = 1;
chessArr1[3][4] = 2;
//2.输出结果显示
System.out.println("原始棋盘:");
for (int i = 0; i < 11; i++) {
for (int j = 0; j < 11; j++) {
System.out.print(chessArr1[i][j] + "\t");
}
System.out.println();
}
System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~");
//将二维数组转换成稀疏数组
//0.先遍历一遍数组得到非零数据的个数
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 11; i++) {
for (int j = 0; j < 11; j++) {
if (chessArr1[i][j] != 0) {
sum += 1;
}
}
}
//1.定义稀疏数组
int[][] sparseArr = new int[sum + 1][3];
//2.给第一行填充数据（二维数组的行、列、不为零的个数）
sparseArr[0][0] = 11;
sparseArr[0][1] = 11;
sparseArr[0][2] = sum;
//3.遍历二维数组,将不为零的数据所对应的行和列填入稀疏数组中
int count = 0;//用于记录是第几个非 0 数据
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];
}
}
}
//4.打印输出稀疏数组
for (int[] ints : sparseArr) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt + "\t");
}
System.out.println();
}
System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~");
//将稀疏数组存入文件
//0.获得字节输出流
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("稀疏数组/map.data");
//1.拼接字符串
System.out.println("写入文件ing！！！！");
for (int[] ints : sparseArr) {
String s = "" + ints[0] + "\t" + ints[1] + "\t" + ints[2] + "\t\n";
//2.写出文件
fos.write(s.getBytes());
}
//3.关闭资源
fos.close();
System.out.println("文件写入成功");
System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~");
//从文件中读取，将其转换成稀疏数组
//0.获取字符输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("稀疏数组/map.data"));
List<String> list = new ArrayList<>();
String s = "";
//1.按行读取
while ((s = br.readLine()) != null) {
list.add(s);
}
br.close();
int[][] newSparseArrayRead = new int[list.size()][3];
String s1 = list.get(0);
//2.通过\t将字符进行分割
String[] split = s1.split("\t");
//3.先将稀疏数组第一行放入数组中
newSparseArrayRead[0][0] = Integer.parseInt(split[0]);
newSparseArrayRead[0][1] = Integer.parseInt(split[1]);
newSparseArrayRead[0][2] = list.size() - 1;
//4.设置count值，进行后面的判断。二维数组的行数。
int count2 = 0;
for (int i = 1; i < list.size(); i++) {
String str = list.get(i);
String[] strings = str.split("\t");
count2++;
for (int j = 0; j < strings.length; j++) {
newSparseArrayRead[count2][j] = Integer.parseInt(strings[j]);
}
}
System.out.println("读取文件后建立的稀疏数组：");
for (int[] ints : newSparseArrayRead) {
for (int anInt : ints) {
System.out.printf("%d\t", anInt);
}
System.out.println();
}
System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~");
//将稀疏数组转换成二维数组
//0.创建二维数组
int[][] chessArr2 = new int[newSparseArrayRead[0][0]][newSparseArrayRead[0][1]];
//1.遍历稀疏数组，进行二维数组的还原
for (int i = 1; i < newSparseArrayRead.length; i++) {
chessArr2[newSparseArrayRead[i][0]][newSparseArrayRead[i][1]] = newSparseArrayRead[i][2];
}
//2.遍历二维数组进行输出
for (int[] ints : chessArr2) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt + "\t");
}
System.out.println();
}
}
}
2. 队列
2.1. 队列的一个使用场景
银行排队：先排队的人先办理业务，后来的人依次排在队伍后面等待办理。
2.2. 队列介绍
- 队列是一个有序列表，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)
2.3. 数组模拟队列思路
- 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:
- 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
1. 将尾指针往后移：rear+1 , 当 front == rear 【空】
2. 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
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
char key = ' '; //接收用户输入
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): 退出程序");
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): 查看队列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'e':
loop = false;
scanner.close();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入要添加的数：");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据：%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int header = arrayQueue.showHeader();
System.out.printf("队列头数据：%d\n", header);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
//使用数组模拟队列
class ArrayQueue {
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int maxSize;//用来表示数组的最大容量
private int[] arr;//该数组用来存放数据，模拟队列
// 创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
front = -1;// 指向队列头部，分析出 front 是指向队列头的前一个位置.
rear = -1;// 指向队列尾，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)
arr = new int[maxSize];
}
//判断队列是否满
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 value) {
//判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，添加失败");
return;
}
//队列未满
rear++;//rear后移
arr[rear] = value;
System.out.println("添加成功");
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue() {
//判断队列是否空
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空，取出失败");
}
front++;
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue() {
//判断队列是否空
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
return;
}
for (int i = front + 1; i <= rear; i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
}
//显示队列的头数据，注意不是取出数据
public int showHeader() {
//判断队列是否空
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空，取出失败");
}
return arr[front + 1];
}
}
- 问题分析并优化
1. 目前数组使用一次就不能用，没有达到复用得效果
2. 将这个数组使用算法，改进成一个环形队列 取模：%
2.4. 数组模拟环形队列
对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方式来实现即可)
-
分析说明：
1. 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front 满]
2. rear == front [空]
3. 分析示意图:
- 代码实现
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试一把
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
// 创建一个环形队列
CircleArray queue = new CircleArray(4); //说明设置 4, 其队列的有效数据最大是 3
char key = ' '; // 接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);//
boolean loop = true;
// 输出一个菜单
while (loop) {
System.out.println("s(show): 显示队列");
System.out.println("e(exit): 退出程序");
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): 查看队列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);// 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': // 取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': // 查看队列头的数据
try {
int res = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e': // 退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
class CircleArray {
private int maxSize; // 表示数组的最大容量
//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
private int front;
//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
private int rear; // 队列尾
private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列
public CircleArray(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
// 判断队列是否满
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
// 添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
// 判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据~");
return;
}
//直接将数据加入
arr[rear] = n;
//将 rear 后移, 这里必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取队列的数据, 出队列
public int getQueue() {
// 判断队列是否空
if (isEmpty()) {
// 通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
// 这里需要分析出 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. 将 front 后移, 考虑取模
// 3. 将临时保存的变量返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
// 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空的，没有数据~~");
return;
}
// 思路：从 front 开始遍历，遍历多少个元素
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 求出当前队列有效数据的个数
public int size() {
// rear = 2
// front = 1
// maxSize = 3
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 显示队列的头数据， 注意不是取出数据
public int headQueue() {
// 判断
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front];
}
}
